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1 hi tech Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Technik und Informatik Technique et informatique 3/2011 Das Magazin Le Magazine Mobile Communication L Institute for Mobile Communications (IMC) met toutes voiles dehors Synergie entre traitement du signal et communication mobile Mobile Application Technologies

2 Focus 3 EDITORIAL Mobile Communication La communication mobile un besoin élémentaire Mobilkommunikation als Grundbedürfnis 4 Communication mobile Entre le buzz et la réalité 6 L Institute for Mobile Communications ( IMC ) met toutes voiles dehors 8 Synergie entre traitement du signal et communication mobile 10 Test pratique pour réseau de capteurs sans fil 12 Systèmes de navigation pour piétons 14 La détection électronique des chaleurs chez les bovins 16 «Sieh, das Gute liegt so nah!» 18 L espion venu du portable 20 Electrosmog tout au vert? 22 mybfh Apps pour l organisation des études 24 Mobile Application Technologies Events 27 Échange à l échelle mondiale avec IAESTE 29 Cérémonie de remise des diplômes 2011/Diplomfeier News Walter Steinlin Head of Swisscom Outlook, Präsident der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) Président de la Commission pour la technologie et l innovation ( CTI ) Photo: CTI Titelseite: Mobilkommunikation ist auch für Studierende an der BFH-TI nicht mehr aus dem Alltag wegzudenken. Couverture :La communication mobile fait partie intégrante du quotidien des étudiant-e-s de la HESB-TI. Photo : BFH-TI / HESB-TI Impressum Redaktion Diego Jannuzzo Übersetzungen Gabriella Scorrano, Christiane Vauthier Adresse BFH-TI, hitech-redaktion, Postfach, 2501 Biel, Redaktion hitech@bfh.ch Homepage hitech.bfh.ch Adressänderungen und Inserate communication.ti@bfh.ch, , Inseratenschluss für die Ausgabe 1/2012: Auflage 7000 Exemplare, erscheint 3x jährlich Grafik, Layout Ingrid Zengaffinen Druck Stämpfli Publikationen AG, Wölflistrasse 1, Postfach CH-3001 Bern hitech 3/2011: November 2011 ImpressuM Rédaction Diego Jannuzzo Traductions Gabriella Scorrano, Christiane Vauthier Adresse HESB-TI, hitech-rédaction, Case postale, 2501 Biel/Bienne Rédaction hitech@bfh.ch Homepage hitech.bfh.ch Changement d adresses et acquisition d annonces communication.ti@bfh.ch, date butoir pour les annonces du prochain hitech : Tirage 7000 exemplaires, paraît 3x par année Graphisme, mise en page Ingrid Zengaffinen Imprimerie Stämpfli Publikationen AG, Wölflistrasse 1, Postfach CH-3001 Bern hitech 3/2011 : novembre 2011 Sie finden das Magazin in deutscher und französischer Übersetzung auf: Ce magazine existe en version française et alle mande à l adresse :

3 Mobilkommunikation als Grundbedürfnis La communication mobile un besoin élémentaire Wenn Sie heute aus dem Haus gehen, welchen Gegenstand wollen Sie unbedingt dabei haben? Bei jungen Leuten ist es zu 100% das Handy. Ohne Mobilkommunikation kein Anschluss an die Gesellschaft, soziale Isolation. Elementare unterste Stufe von Maslovs Bedürfnispyramide! Ähnliches sehen wir im Geschäftsleben. Als vor einiger Zeit in der Schweiz die Mobilkommunikation unterbrochen war, standen viele Firmen buchstäblich still. Keine Einsatzbefehle liessen die Motoren brummen, keine Rückmeldungen liessen Lieferungen verfolgen. Mobilkommunikation ist zum integrierten Bestandteil des Lebens in der industrialisierten Welt geworden. Und in der weniger industrialisierten Welt erstaunlicherweise zur Lebensader für viele kleine Firmen, Bauern und Familien. Dies ist nur die erste Welle, die Sprachkommunikation. Wir stehen am Beginn zweier neuen Wellen: Dinge werden mobil verbunden und die Funktionalitäten der Endgeräte vermehren sich. Video wird mobil. Das braucht immer mehr Übertragungskapazität. Kann das Mobilnetz denn immer weiter ausgebaut werden? Offenbar schon. Eine Analyse zeigt eine ganz erstaunliche Entwicklung der Mobilfunkkapazität: Seit Marconi 1895 im Wallis seine erste Funkenübertragung gelang, konnten Ingenieure die Leistungsfähigkeit der mobilen Übertragung praktisch alle 30 Monate verdoppeln. Und es ist kein Ende in Sicht mit den immer raffinierteren Modulations- und Diversity-Methoden. Ich freue mich darauf, wenn das Handy mir ganz einfach die vielen Sachen ersetzt, die ich heute mit mir herumtragen muss, eigentlich nur um zu beweisen, wer ich bin: die Schlüssel, die mir Türen öffnen, die Karten, die meine Zahlungsfähigkeit bestätigen, die Tickets, die beweisen, dass ich für etwas bezahlt habe. Nur muss die ganze Geschichte dann überall und zu 100% funktionieren! Walter Steinlin Head of Swisscom Outlook, Präsident der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) Quel objet emportez-vous impérativement lorsque vous sortez de chez vous? Les jeunes sont unanimes, c est le portable. Sans communication mobile, pas de connexion avec la société, c est l isolement social. Niveau inférieur élémentaire de la pyramide des besoins de Maslov! Il en va de même dans la vie d une entreprise. Il y a quelque temps, suite à une interruption de la communication mobile en Suisse, de nombreuses entreprises se sont littéralement retrouvées à l arrêt. Aucun ordre ne faisait vrombir les moteurs, aucune réaction ne permettait de suivre les livraisons. La communication mobile est bel et bien devenue un élément intégré dans la vie du monde industriel et aussi étonnant que cela puisse paraître, elle est aussi l artère vitale de nombreuses petites entreprises, des agriculteurs et des familles. On ne parle jusqu ici que de la première vague, la communication orale. Nous sommes à l aube de deux nouvelles vagues. Les choses sont reliées entre elles de manière mobile et les fonctionnalités des terminaux se multiplient. La vidéo devient mobile. Tout ceci exige toujours plus de transmissibilité. Est-il possible de développer encore davantage le réseau mobile? Apparemment oui. Une étude montre une évolution tout à fait étonnante de la capacité du réseau mobile. Preuve en est que depuis la première retransmission radio de Marconi, en 1895 en Valais, les ingénieurs ont pratiquement doublé la capacité de rendement de la transmission mobile tous les 30 mois. Et ce n est pas fini! Les méthodes de modulation et de diversité sont de plus en plus raffinées. Je me réjouis du jour où le portable remplacera tout simplement tout ce que je dois transporter maintenant juste pour prouver qui je suis : les clés qui m ouvrent des portes, les cartes qui confirment ma solvabilité, les tickets de caisse qui prouvent mes achats. Toutefois, cela devra fonctionner partout et à 100%! Walter Steinlin Head of Swisscom Outlook, Président de la Commission pour la technologie et l innovation ( CTI ) 3/2011 hitech 3

4 FOCUS mobile communication Communication mobile entre le buzz et la réalité De nos jours, les gens modernes s attendent à une communication mobile sans limites partout, en tout temps et avec une immense largeur de bande. Les terminaux mobiles utilisés sont variés et généralement multimédia. Markus Nufer Conseiller indépendant Conseil spécialisé HESB, expert SATW, membre du Comité Telematik Cluster Bern, TCBE. Photo : Markus Beyeler Le style de vie de nombreuses personnes leur impose la possession et l utilisation d un, voire même de plusieurs téléphones mobiles. Ce sont de petits objets à tout faire qui permettent aussi de téléphoner. L utilisateur les associe généralement à une tablette PC et / ou un ordinateur portable. On en a parlé longtemps et maintenant c est une réalité : n importe qui peut en tout temps et partout communiquer avec une largeur de bande illimitée. Les «Location Based Services» sont de plus en plus souvent une condition sine qua non et la possibilité de rester en contact au sein des réseaux sociaux une nécessité vitale. L interconnexion de la population à l aide d appareils mobiles en constitue la base indispensable. Il y a 30 ans, le succès des ordinateurs IBM PC a révolutionné la technologie de l information et a rendu célèbres des entreprises comme Intel et Microsoft. De manière similaire, la possibilité d une communication inconditionnelle va ouvrir les portes d une nouvelle ère de l informatique. L aubaine d une communication illimitée va tôt ou tard conduire à un chamboulement total des modèles et processus d entreprise. Des défis sociopolitiques immenses nous attendent : le fossé entre les personnes ayant des affinités avec la technique et celles n en ayant pas ( Digital natives and Digital Emigrant ) sera toujours plus grand. Cette transformation de la société offrira toutefois aussi une chance à de nouvelles solutions. Voici quelques exemples illustratifs. TeleHome Care pour Spitex Les organisations de services et soins à domicile s occupent d un grand nombre de patient-e-s à leur sortie d hôpital ou lors de maladies chroniques et ce, souvent pendant plusieurs années. Le personnel soignant a parfois besoin d un avis médical ou de la réponse d un-e spécialiste en soins au moment même où il se trouve chez le patient. La télécommunication mobile permet de remplacer le déplacement des professionnel-le-s vers les patient-e-s par un conseil télémédical. Une telle possibilité a été développée au Swiss ehealth Campus ( SeHC ) à Lucerne, où le personnel soignant de Spitex peut recourir, sur place, à des prestations télémédicales. 1 La solution RFID permet de stationner sans argent liquide Système VIATAG du Fraunhofer-Institut La malette des soignant-e-s de Spitex contient des appareils de mesure médicaux... 2 Source : 3 Source : 4 Source : 4 hitech 3 /2011

5 Location Based Services Base pour des solutions intelligentes «Chaque voiture qui roule n a qu un seul but trouver une place de parc.» Il est souvent aussi pénible de chercher une place que de trouver de la monnaie pour le ticket de stationnement ou le chemin vers l automate. Un chip autocollant sur le pare-brise y met un terme : cela permet de se parquer sans utiliser d argent liquide 1. Grâce à des capteurs bon marché et à une couverture à 100 % par les services de communication mobile, les automobilistes peuvent enclencher un système d informations sur les places de parc en temps réel. Ils peuvent ainsi voir et trouver des places de parc libres non seulement dans un parking, mais aussi dans toute la zone urbaine. Le trajet vers les places de parc libres est ensuite affiché sur le téléphone ou sur un autre système mobile 2. Indépendamment des circonstances, il est ainsi possible de diminuer jusqu à 30 % des déplacements en ville. Near Field Communication Base pour de nouvelles solutions mobiles Payer à la caisse 3 ou ouvrir une porte sur présentation d un téléphone mobile est depuis longtemps déjà une réalité dans les pays asiatiques. L utilisation de cette technologie de l environnement RFID semble maintenant prête à être commercialisée aussi en Suisse. La technique de base ( NFK ) est un standard de transmission qui répond à un standard international pour échanger des données sans contact sur de petites distances ( jusqu à 4cm ) 4. Représentation d une recherche de place de parc sur un téléphone mobile. Conclusions La plupart du temps, la population et les entreprises sont disposées à accepter les nouvelles technologies. Toutefois, leur mise en pratique demande souvent plus de temps en Suisse que dans les autres pays. Avantage de cette situation : le secteur public ( administration à tous les niveaux ) reconnaît l utilité de cette nouvelle possibilité. Dans le domaine privé, ces nouveaux services sont aussi très vite utilisés. Lors de l achat d un terminal mobile, les différents utilisateurs du marché devraient donc se demander s ils peuvent ou veulent vraiment renoncer à ces nouvelles technologies ( comme par ex. Near Field Communication, GPS, détecteurs de mouvement ), ou s il ne vaudrait pas la peine d investir un peu plus pour pouvoir en bénéficier. Contact : > markus@nufer-consulting.com... elle est en même temps une place de travail mobile avec caméra et système de vidéo-conférence. Photo : Swiss ehealth Campus LU 3/2011 hitech 5

6 FOCUS mobile communication L Institute for Mobile Communications ( IMC ) met toutes voiles dehors À la HESB-TI, les techniques haute fréquence et les télécommunications sont des matières principales pour lesquelles ont été développées des compétences et une excellente infrastructure. En les complétant avec de nouvelles technologies telles que Traitement digital de signaux, Software Defined Radio, Embedded Systems et Microélectronique, l IMC a créé une base pour des projets gagnants dans tous les domaines de la communication mobile. Prof. Alfred Kaufmann Responsable de l institut IMC, HESB-TI Photo : Performant dans le secteur Wireless L IMC est avant tout très performant en technologies matérielles et logicielles pour des applications sans fils. L institut ( illustration 1 ), qui comprend aujourd hui 10 chercheur-euse-s et 12 collaborateur-trice-s scientifiques, participe à des projets de recherche et de développement avec des entreprises de la branche ICT. Des applications destinées à la communication industrielle, à la technique d automatisation et au génie énergétique ainsi qu aux transports publics y voient également le jour. Terrain fertile pour des développements innovants L équipe de chercheurs nouvellement regroupés dans l IMC peut s enorgueillir d une série de développements couronnés de succès. La Smart Antenna for Aircraft ( illustration 2 ), système récepteur avec antenne unidirectionnelle à commande électronique équipant de petits avions, a ainsi été développée. Elle est constituée d un ensemble d antennes ( Antenna Array ) avec préamplificateur sans bruit de fond pour le montage extérieur, d un convertisseur de fréquence pour la conversion des fréquences d entrée de 2,5-2,7 GHz en fréquences de sortie de MHz ( pour DVB-S2 ) ainsi que d unités de traitement de signaux et de contrôle. Dans le projet Environnement de test pour récepteurs de radio digitale et de télévision, les chercheurs ont tout d abord développé un modulateur DAB / DVB en logiciel et un simulateur de canaux pour le signal modulé. Le simulateur de canaux permet de simuler n importe quelle situation de réception. Grâce à cela, ils ont conçu un matériel digital qui lit les données du PC et les transforme en un format pour le convertisseur numérique-analogique ( DAC ). Pour terminer, ils ont construit une partie HF, qui module le signal dans la bande de fréquence correspondante. Afin d étudier les voies de migration des oiseaux, l équipe a mis sur pied un système enregistrant les données géographiques. De structure modulaire, le système peut être utilisé pour différentes sortes d oiseaux. L enregistreur de données pèse 0,5 g et permet d enregistrer et d observer les activités des oiseaux indépendamment de la visibilité grâce à des capteurs et à un émetteur de télémétrie microcontrôlé. Les réseaux sans fil permettent aujourd hui d échanger des données avec des exigences en temps réel élevées, ce qui reste toutefois limité à l environnement proche d un seul point d accès. Les Wireless Switch and Thin Access Points pour PME peuvent remédier à ce problème. Cette nouvelle ébauche de solution est bon marché et gère de manière centrale les liaisons sécurisées de communication. Elle permet aussi de changer de cellule radio pendant une transmission en cours de données et ce, sans interruption sensible ni perte de qualité. La loi sur l égalité pour les handicapés revendique dans les véhicules publics les mêmes informations pour les personnes handicapées que pour celles valides. Le système d information sans fil pour handicapés transmet des informations sur des appareils finaux standards sans fil et mobiles selon des protocoles uniformes. Grâce à des pro- 6 hitech 3 /2011

7 fils définis en conséquence, les informations sont proposées de manière à satisfaire les usagers; le système IMC rend donc service à tous les voyageurs. Esprits lucides Equipment au top De tels développements raffinés supposent une infrastructure efficace. Les instruments de mesure modernes de l IMC permettent de faire toutes les mesures de la bande de base aux hautes fréquences. Des générateurs de signaux sont disponibles pour la modulation analogue et digitale jusqu à 20 GHz, les analyseurs scalaires jusqu à 26 GHz et les analyseurs de signaux et de réseaux vectoriels jusqu à 8 GHz. On peut même faire des mesures du bruit jusqu à 18 GHz. L IMC travaille avec des programmes performants. Pour le traitement digital des signaux, il utilise Matlab / Simulink avec des environnements de développement pour processeurs de signaux et réseaux logiques programmables ( FPGA ). Le logiciel de simulation Advanced Design System ADS permet l étude du comportement des circuits et systèmes. Il est en plus possible de simuler des structures 3D planaires électromagnétiques. Afin de transmettre son savoir à un maximum de personnes intéressées, l IMC organise régulièrement des séminaires de trois jours, «Télécommunication», et des cours de réseaux industriels PROFIBUS / PROFINET. Sur demande, il propose également des cours d introduction de trois jours dans les méthodes et les procédures en Software Defined Radio. En regroupant savoir et infrastructure sous un seul et même toit, l IMC devient un centre de compétences de la communication mobile au service des partenaires industriels. Contact : > alfred.kaufmann@bfh.ch > Infos : Illustration 1 : Les professeurs de l'imc ( de gche à dte ) : R. Brun, C. Brielmann, A. Kaufmann, R. Vogt, R. Vetter, R. Lanz, M. Felser, R. Weber; manquent : M. Tripet et P. Raemy. Photo : HESB-TI Compétences de l IMC - Circuits hautes fréquences et micro-ondes - Software Defined Radio et Digital Signal Processing - Instruments de communication sans fil ( GSM, UMTS, LTE, DAB, DVB, DMB ) - Short Range Devices ( Blutetooth, WLAN, ZigBee, NFC, RFID ) - Wireless Sensor Networks ( comme WirelessHART ) et réseaux industriels - Systèmes embarqués et technologies Web - Emetteurs et récepteurs de faible taille et de faible puissance - CEM et mesures de charge des champs électromagnétiques - Navigation et géo-localisation, Location / Position Based Services - Communication entre satellites - Systèmes mobiles d information ( Mobile Services, systèmes d information basés sur la position ) Illustration 2 : Smart Antenna for Aircraft un réseau d'antennes avec directivité commandée électroniquement. Photo : HESB-TI 3/2011 hitech 7

8 FOCUS mobile communication Synergie entre traitement du signal et communication mobile Les méthodes du traitement du signal ont contribué considérablement à l évolution technologique récente des systèmes de communication mobile. En contrepartie, les applications rattachées au traitement du signal se sont largement diversifiées grâce aux récents progrès des techniques de communications sans fil. Nous présentons ici quelques applications illustrant ces synergies et leur grand potentiel innovateur. Dr Rolf Vetter Professeur de traitement du signal et télécommunications Photo : HESB-TI À l Institut for Mobile Communications, nous cherchons et développons des procédures et des méthodes novatrices pour élargir le domaine des applications mobiles. Dans ce but, l équipe de l institut a été récemment renforcée par la venue du Dr Rolf Vetter qui a travaillé pendant 11 ans au Centre Suisse d Electronique et de Microtechnique ( CSEM ) en tant qu expert du traitement du signal et de l ingénierie biomédicale. Il a contribué, notamment, au développement de nouvelles solutions dans les domaines du monitoring et télé-monitoring de paramètres physiologiques, ainsi que du traitement de la parole. Toutes ces applications ont été rendues faisables grâce aux vastes progrès dans le domaine des communications mobiles, tant au niveau GSM qu à celui des téléphones satellitaires. Rythme cardiaque sur smartphone Dans le sport, le GSM et tout particulièrement les smartphones avec leur interface utilisateur graphique ont donné un nouvel essor aux moniteurs de signaux physiologiques. Les moniteurs classiques portés sous forme d une montre au poignet ont souvent une interface utilisateur limitée. Les smartphones ouvrent de nouveaux horizons: d une part, grâce à leurs interfaces visuelles ils procurent une qualité d analyse hors pair et, d autre part, ils disposent d écouteurs qui permettent un retour auditif contenant des informations essentielles pour l utilisateur. Une application innovatrice, présentée récemment par le CSEM, tire largement avantage de ces atouts. La méthode proposée extrait l information du rythme cardiaque à partir d un signal infrarouge prélevé à l oreille ( voir Figure 1 ). Le senseur infrarouge est intégré directement dans les écouteurs et l utilisateur peut ainsi s adonner pleinement au plaisir du sport au rythme de la musique sans l utilisation d une ceinture au thorax, souvent perçue comme oppressante. Néanmoins, sans les méthodes du traitement du signal, l extraction du rythme cardiaque à partir des signaux infra- 8 hitech 3 /2011 Figure 1 : Application de mesure du rythme cardiaque à l oreille pour smartphone. Photo : CSEM

9 Figure 2 : Analyse des paramètres vitaux durant une expédition de 35 jours au Tibet. Les zones ombrées bleues et rouges représentent deux phases physiologiques distinctes lors de l adaptation à l altitude, à savoir les phases de montée en rouge et les phases de repos en bleu. Photo : CSEM rouges ne pourrait pas se faire de façon fiable. Un algorithme adaptatif utilisant l information d un accéléromètre intégré dans les écouteurs permet de réduire les artefacts du mouvement dans le signal infrarouge à un niveau tolérable. En utilis ant les facilités de communication du GSM, le rythme cardiaque extrait peut ensuite être transmis dans les plus brefs délais à un entraîneur sportif, afin d obtenir, par exemple, des conseils spécifiques, ou à un ami au sein d'un un réseau social sur internet. Télémonitoring Un autre domaine où la synergie entre les télécommunications et le traitement du signal a permis d envisager de nouveaux modes de fonctionnement concerne les expéditions en très haute altitude ( plus de 4000 mètres ), comme par exemple dans l Himalaya. Lorsqu une personne s élève en altitude pour des durées prolongées, ses paramètres physiologiques changent. Si l élévation en altitude se fait trop vite, le corps n arrive plus à s adapter correctement et il en résulte un déséquilibre physiologique profond qui peut aller jusqu à entraîner la mort. Le CSEM a développé un appareil portable qui facilite la gestion de l acclimatation à l altitude par une surveillance médicale à distance. Trois paramètres physiologiques, à savoir le rythme cardiaque ( HR ), la saturation partielle en oxygène du sang ( SpO2 ) et un indicateur du système nerveux autonome ( SNA ) sont extraits à partir de signaux rouge et infrarouge prélevés au doigt ou au front en utilisant des techniques de traitement du signal ( Figure 2 ). Ils sont stockés localement dans la mémoire de l appareil portable et sont envoyés quand cela est possible par téléphone satellitaire à un centre médical d analyse se trouvant, par exemple, en Suisse. Le médecin peut ainsi surveiller l évolution de la santé de l himalayiste à distance et l avertir par téléphone satellitaire des mesures à prendre en cas de problème détecté sur les signaux reçus. Rehaussement de parole pour prothèses auditives binaurales La communication sans fil et le traitement de signal apportent également une importante plus-value dans le domaine des prothèses auditives binaurales. Le terme binaural indique que l utilisateur a une prothèse auditive dans chaque oreille. Afin que les deux prothèses puissent échanger des informations, celles-ci sont reliées par une communication sans fil. Cette configuration particulière peut être exploitée par les méthodes du traitement du signal afin de procurer un rehaussement de la parole de qualité supérieure aux algorithmes travaillant de façon indépendante dans chaque oreille. Néanmoins, les performances atteignables dépendent entre autres de la complexité algorithmique et du débit du canal de transmission. Les meilleures performances en termes de consommation, d autonomie et d amélioration de d intelligibilité peuvent seulement être obtenues en exploitant de façon optimale les synergies entre communications mobiles et traitement du signal. Les différents exemples dont nous avons parlé montrent que les méthodologies de recherche en traitement du signal et dans les communications mobiles sont liées et se stimulent mutuellement pour donner naissance à des innovations technologiques. Le renforcement de l Institute for Mobile Communications par un expert en traitement du signal appliqué aura certainement un effet catalyseur dans ces deux domaines et élargira le spectre de recherche de l institut. Contact : > rolf.vetter@bfh.ch > Infos: 3/2011 hitech 9

10 FOCUS mobile communication Test pratique pour réseau de capteurs sans fil Le WirelessHART défini il y a quatre ans est un standard de communication pour un réseau de capteurs sans fil qui répond aux exigences élevées exigences élevées de l automation des processus et procédés industriels. Un tel réseau de capteurs composé d appareils de différents fabricants est en élaboration à la Haute école spécialisée bernoise à Burgdorf en vue d essais pratiques. Max Felser Professeur de réseaux industriels Institute for Mobile Communication Photo : HESB-TI L Internet des choses Près de 50 milliards d appareils pourraient être interconnectés d ici à Les standards de communication constituent la base du «dernier kilomètre», à savoir les mètres entre les appareils intelligents sans raccordement électrique et un point nodal de l Internet classique disposant d un raccordement électrique. En automation des processus et technique des procédés, les capteurs jouent le rôle important de la surveillance des processus. La plupart du temps, des installations telles que stations d épuration, de traitement des eaux potables ou de production chimique de produits pharmaceutiques ou alimentaires sont immenses et volumineuses. Le circuit métallique secondaire avec un signal 4-20 ma a fait ses preuves pour connecter les capteurs au pilotage central. Pour cela, un transmetteur transforme la quantité physique mesurée ( comme la température, la pression ou le débit ) en un signal de données standardisé. Grâce à une technologie de microprocesseurs bon marché, ces transmetteurs se caractérisent par une «intelligence» grandissante. La configuration et les paramètres de tels «Smart Transmitter» permettent des réglages divers. Ils peuvent aussi effectuer un autodiagnostic et annoncer leur état au système de pilotage ainsi que les résultats du diagnostic. Un échange de données digital et bidirectionnel est toutefois nécessaire, ce qui est possible grâce à une modulation FSK avec protocole HART en passant par les deux mêmes câbles. WirelessHART Il y a à peine quatre ans, les entreprises membres de la HART-Foundation ont défini un standard de communication pour les capteurs sans fil ( voir encadré ). Grâce à ce réseau et et à un «Gateway», les transmetteurs des fabricants les plus divers peuvent être reliés à un réseau réticulaire et être, ainsi, intégrés dans un réseau d Internet avec fil Canal 1 Canal 4 Canal 7 Canal 10 Canal 13 Canal Canaux WirelessHART Canal 2 Canal 5 Canal 8 Canal 11 Canal Fréquence [MHz] Illustration 2a : Les 16 canaux d'un réseau WirelessHart. WirelessHART Canal 3 Canal 6 Canal 9 Canal 12 Canal 15 WirelessHART WirelessHART ( Highway Addressable Remote Transducer ) est une partie de la spécification HART-7 publiée en septembre 2007 et normalisée au niveau international comme IEC 62591, en avril La transmission par radio se fait sur la bande ISM 2.4 GHz. Elle utilise une transmission semblable à IEEE , mais avec un processus d accès modifié au média. La bande de fréquence est répartie en 16 canaux. Tous les appareils sont synchronisés sur des créneaux temporels ( Time-Slots ) de 10 ms. Chaque transmission de données a lieu pour la durée d un Time-Slots sur un des 16 canaux. Selon une formule définie à l avance, on change toujours les canaux pour la transmission ( sauts de fréquence ). En raison du changement constant de fréquence, il est possible d utiliser une bande de fréquence plus large et de réduire ainsi la sensibilité aux pannes. Le protocole d utilisation employé est une extension des ordres HART connus et est crypté sur la base de l Advanced Encryption Standard ( AES 128 ). Les appareils étrangers ne peuvent ainsi ni écouter, ni ajouter de fausses informations. Un Gateway établit la liaison avec un réseau avec fil ( bus de terrain, Ethernet ). Tous les appareils peuvent faire passer les informations. Ils fonctionnent donc comme transmetteurs afin que le Gateway soit accessible en toute sécurité à tous les appareils. Afin de garantir la redondance, les appareils connaissent plusieurs chemins à travers le réseau maillé. Un manager de réseau planifie toutes les possibilités de communication et les répartit sur les appareils comme une sorte «d horaire».

11 Commande Gateway Température cafétéria Température hall d'entrée Niveau de l'eau Température de l'eau Température extérieure Périphérique de terrain Illustration 1 : Bâtiment de la HESB-TI à Burgdorf avec la représentation schématique du réseau WirelessHart. Image : HESB-TI Le but de l Institute for Mobile Communications ( IMC ) est de déceler et de contrôler, à l aide d une structure de démonstration, la fonction correcte d un réseau Wireless- HART avec composants de différents fabricants Recoupement WLAN et WirelessHART Canal 1 Canal 6 Canal 11 Canal 5 Canal 10 Canal 16 Canal 15 WirelessHART WLAN Fréquence [MHz] Illustration 2b : Les canaux WirelessHart libres après recoupement avec WLAN ( canaux 1,6,11 ). Graphiques : C. Felser L installation doit servir d installation de démonstration pour les clients de nos partenaires industriels et nous permettre de faire des expériences pratiques et de recueillir des enseignements complémentaires à la théorie. Réseau de capteurs de démonstration Le réseau maillé comprend le bâtiment universitaire et ses environs ( illustration 1 ). Il enregistre les températures extérieures et intérieures en différents endroits, la température et le niveau de l eau du ruisseau ainsi que la force du vent sur le toit. En tant que Smart Transmitter, les instruments de mesure sont équipés de WirelessHART et envoient de manière cyclique leurs données par le réseau maillé au Gateway. Comme les appareils sont utilisés en des endroits où un câblage coûte cher, une batterie y est intégrée. Pour augmenter la longévité des batteries, les durées du cycle des données mesurées sont maximalisées. Selon les producteurs, une durabilité de marche de plusieurs années est possible avec des transmissions toutes les minutes. Pour participer au réseau WirelessHART, chaque appareil a besoin au moins du nom du réseau et d une clé. Ces informations sont réglées comme paramètres sur l appareil de terrain. Les réglages se font sur place par l interface HART avec fil ou par l exploitation locale. WirelessHART dispose de canaux nettement plus étroits que WLAN ( illustration 2a ). Des appareils de terrain, seules les bandes de fréquence employées entre les canaux WLAN ( illustration 2b ) peuvent être utilisées. Pour éviter réflexions ou pannes et maximaliser les forces réceptrices, on installe si possible les transmetteurs en liaison visible directe et loin d autres appareils travaillant sur la même bande de fréquence. Le Gateway au bord du réseau de capteurs sans fil traduit les ordres WirelessHART captés dans un protocole de données et transmet les valeurs mesurées en passant par le réseau universitaire basé sur Internet. Un pilotage traite ces valeurs et les met à disposition sur un serveur web. L utilisateur final peut accéder aux valeurs mesurées avec un PC et le navigateur normal. Il peut aussi consulter les données de mesure actuelles et antérieures des capteurs. Bilan et perspectives d avenir Comme le montrent les premiers essais, tous les producteurs n implémentent pas encore de manière identique cette traduction des formats de données WirelessHART en d autres formats dans Gateway. Les entreprises concernées ont reconnu son intérêt et ont mis en place un groupe de travail chargé de définir plus précisément cette interface. Le programme d encouragement du corps intermédiaire de la HESB-TI soutient ce travail effectué par Christoph Felser, assistant et étudiant MSE. L équipe de l Institute for Mobile Communications ( IMC ) remercie les partenaires industriels Pepperl+Fuchs SA, Siemens Suisse SA, Endress + Hauser SA et SAIA-Burgess Controls SA pour leur soutien en matériel dans ce projet. Contact : > max.felser@bfh.ch > Infos : 3/2011 hitech 11

12 FOCUS mobile communication Systèmes de navigation pour piétons Le système de navigation par satellite GPS répond à presque toutes les demandes. Il livre des positions relativement précises dans le monde entier et les systèmes de navigation sont actuellement proposés à un prix très avantageux. Beaucoup d appareils de communication mobile de classe supérieure sont équipés de récepteurs GPS et les systèmes de navigation sont de plus en plus souvent intégrés dans les voitures. De nouvelles méthodes propres au milieu urbain, où les indications sur la position devraient être précises au mètre près, mais où la réception GPS est nulle ou les informations imprécises, doivent être développées au plus vite. Peter Raemy Professeur d électronique analogique, technique de mesure et de communication mobile Photo : www arteplus.ch Récepteur GPS Actuellement, environ 30 satellites GPS gravitent autour de la Terre sur des voies à six niveaux, à une altitude de km au-dessus du niveau de la mer. Des montres atomiques à bord des satellites font en sorte que les satellites émettent leurs signaux en même temps. La position peut être définie en connaissant les positions momentanées des satellites et la durée d exécution du signal mesuré depuis les satellites jusqu à l endroit inconnu de la réception. Il suffirait en fait de trois satellites pour définir une position. Mais comme les récepteurs ne sont pas équipés d une montre atomique en raison des frais, les différences des durées d exécution sont mesurées en lieu et place des durées d exécution. Pour cela il faut pouvoir capter au moins quatre satellites en même temps. Tous les satellites émettent leurs signaux sur la même fréquence; pour différencier les signaux, on les caractérise par différents codes ( CDMA ). Inconvénients du GPS GPS est exploité par l armée américaine et sera pendant quelques années encore le seul système de navigation disponible dans le monde entier, ce qui pose problème par ex. pour l utilisation dans l aviation civile, car selon les circonstances les signaux peuvent être désactivés ou falsifiés sans avertissement préalable. Le GALILEO européen prendra du service comme deuxième système indépendant dans quelques années seulement. Hauteur de la voie km ü.m Aptitude de la voie 55 Décalage de la voie 60 Période 12 h sidéral Fréquence C/A MHz Longueur du code C/A 1023 chips Système de référence WGS84 Précisions - en plaine ± m - en altitude ± m - vitesse ± 1 m/s Caractéristiques typiques du GPS Ill. 1 : Un capteur composé de 3 mesureurs de vitesse et de 3 capteurs de rotation mesure le mouvement d un pas 1. Photo : HESB-TI 1 Andreas Horn, Patrick Engel : Urban Pedestrian Navigation, thèse de bachelor, HESB-TI, Paolo Franchini : GPS-Reflexionen erkennen, thèse de bachelor, HESB-TI, 2009 Seule une réception directe ( sans réflexion ) des signaux GPS permet d obtenir des positions précises, ce qui n est, par ex., pas évident entre et dans les bâtiments ainsi que dans les vallées. Les signaux GPS ne peuvent pas non plus être captés dans les forêts de feuillus, les tunnels, les sous-voies et sous l eau. En ville, les piétons ne peuvent pratiquement pas utiliser le GPS. En effet, lors de tests effectués dans différentes villes, nous avons constaté des divergences de position allant jusqu à 100 m. Les réflexions GPS sur les bâtiments ont été étudiées dans une thèse de bachelor 2. Ainsi, un modèle en 3D a été construit pour plusieurs bâtiments et un logiciel approprié a examiné, en permanence et en un endroit fixe, quels satellites pouvaient être captés directement et lesquels uniquement par réflexions. Le captage par réflexions a présenté une divergence allant jusqu à 50 m du lieu effectif ( Ill. 2 ). 12 hitech 3 /2011

13 C est pourquoi nous suivons une nouvelle piste destinée spécialement aux piétons. Le mouvement d une pointe de pied est mesuré à chaque pas. La longueur d un pas résulte de la double intégration des accélérations et des informations de rotation, ce qui correspond au principe d un système de navigation par inertie. De tels systèmes sont intégrés dans les missiles de croisière, les sous-marins atomiques et les avions longs courriers et coûtent près d un demi-million de francs. Les systèmes cités ci-dessus travaillent de manière autonome pendant plusieurs heures. Un pas ne dure toutefois qu une seconde environ. Le chemin parcouru résulte de la somme des différents pas. Des capteurs bien moins chers peuvent être utilisés pour définir la longueur des pas. Les résultats des premiers essais sont très prometteurs. Il est déjà possible d enregistrer la longueur des pas à env. 4 cm près. Les changements de hauteur, comme par ex. en montant des escaliers, peuvent être déterminés, ce qui représente un avantage supplémentaire car l information Ill. 2 : Les deux signaux marqués en rouge ne peuvent être captés que par détours 2, ce qui implique une divergence d env. 50m! Graphique : HESB-TI du GPS quant à la hauteur est souvent très imprécise. Les mêmes capteurs, ou des capteurs similaires à ceux que nous utilisons, sont intégrés dans les i-phones et les Android. Équipés d un logiciel correspondant, ces smartphones que l on trouve presque partout pourraient être utilisés à nos fins, sans matériel complémentaire. Une utilisation médicale serait également envisageable pour déceler, par ex., des troubles moteurs chez l être humain. Contact : > peter.raemy@bfh.ch > Infos : my position GPS position Steigen Sie ein in das SBB Trainee Programm und bewegen Sie mit uns die Bahn! Gemeinsam täglich eine Meisterleistung. sbb.ch/trainee

14 FOCUS mobile communication La détection électronique des chaleurs chez les bovins Projet interdisciplinaire entre les départements «Haute école suisse d'agronomie» (SHL) et «Technique et Informatique» ( TI ) de la HES bernoise ( HESB ). pour espérer voir les prochaines chaleurs, retardant d'autant la nouvelle courbe de lactation ( Figure 1 ). La perte annuelle due à ce retard représente environ 500 Fr. par vache, à quoi il faut ajouter le temps d'observation et parfois des frais d'insémination inutiles. Kurt Hug, professeur d'électrotechnique et d'électronique du véhicule ( HESB-TI ) Claude Brielmann, professeur en Systèmes de communication ( HESB-TI ) Dr Olivier Biberstein, professeur d'informatique ( HESB-TI ), membre de l'institut RISIS (Research Institute for Security in the Information Society) Dr Samuel Kohler, médecin vétérinaire, responsable de la filière Agronomie ( SHL ) Photo : Contexte et besoins La production de lait d'une vache est maximale quelques semaines après le vêlage, puis diminue régulièrement jusqu'à la prochaine mise bas. Pour maintenir la production à un niveau rentable, une vache laitière devrait idéalement avoir un veau chaque année. Comme la gestation des bovins dure 9 mois, la vache devrait donc être inséminée 3 mois après chaque mise bas. Mais l'éleveur ne sait pas exactement quand recommencent les cycles hormonaux. Il peut détecter les premières chaleurs par observation quotidienne des ses vaches, tâche qui nécessite entre 30 et 60 minutes par jour 1. Les vaches en chaleur le manifestent par un comportement particulier: elles deviennent plus actives, se déplacent plus souvent et s'immobilisent en cas de chevauchement par un autre bovin. Elles montrent également différents symptômes physiologiques et une augmentation de leur température corporelle d'environ 0.5 degrés. Les cycles des bovins durent 21 jours. Si l'agriculteur ne remarque pas les chaleurs, il devra attendre 3 semaines La solution ANEMON De nombreux systèmes de détection de chaleurs ont été commercialisés : - Capsule de colorant collée à la base de la queue. Quand la vache se laisse chevaucher, la capsule éclate et colore le train arrière de l'animal. - Détection électronique de chevauchement : un capteur de pression enclenche un témoin lumineux. - Analyse des hormones dans le lait: méthode fiable mais chère. - Pédomètre : dispositif électronique fixé à une patte qui compte le nombre de pas et signale une activité plus importante. Ces systèmes sont soit peu fiables soit peu pratiques soit trop chers et sont donc peu utilisés. Encouragés par la politique de coopération interdépartementale de la BFH, quatre professeurs ( les auteurs de cet article ) ont constitué un groupe pour développer une nouvelle solution à ce problème. Ce groupe réunit des compétences en reproduction des bovins, en métrologie, en systèmes embarqués ainsi qu'en informatique. En 2008, ces quatre personnes ont créé la startup ANEMON, acronyme de «ANimal Estrus MONitoring», l'œstrus étant la phase du cycle hormonal correspondant aux chaleurs. Pour avoir de bonnes chances de réussite, l'insémination doit se faire durant la période entre 12 heures et 24 heures après le début des chaleurs. ~90 Typical milk productivity (kg/day) 1 st lactation Production gain 2 nd lactation Missed insemination Références 1 Dr. Samuel Kohler, Appréciation de l'aptitude à l'insémination, Schweizerische Hochschule für Landwirtschaft, Zollikofen, U. Breme, R. Brunsch, Measurement of animal data and their importance for herd management on dairy cow farms, Institute of Agricultural Engineering, Potsdam, d Time (days) 1 st calf Insemination 2 nd calf Figure 1 : Gain de production laitière si les chaleurs sont détectées au bon moment 14 hitech 3 /2011

15 Des travaux d'étudiants, puis un projet BFH et finalement un projet CTI avec la startup ANEMON S.A. soutenue par la Promotion économique bernoise ont permis de développer un système électronique de surveillance et de détection électronique des chaleurs basé sur les variations de la température corporelle et de l'activité. Cette combinaison de deux critères permet d'augmenter la fiabilité de la détection 2. La température corporelle peut être mesurée de manière automatique et précise à différents endroits : - sous la peau à proximité d'une grosse artère, par exemple sur le cou - dans la région du tympan - dans le vagin. Après une étude approfondie du canal auditif et des essais d'implantation de capteur sans fil en profondeur dans l'oreille, nous avons constaté que la vache accepte très mal ce corps étranger. Nous nous sommes donc réorientés vers un capteur vaginal. Le système de détection se compose : - d'un capteur de température sans fil, posé dans le vagin de la vache au moyen d'un applicateur ad hoc, - d'un transmetteur électronique ( ANEBOX ) fixé au collier et servant à mesurer l'activité, à transmettre les données et à envoyer des alarmes SMS à l'agriculteur ( Figure 2 ), - d'un serveur partagé entre les utilisateurs avec son interface web ( ANEWEB ) pour la visualisation et l'archivage des données ainsi que pour la gestion des systèmes. Un agriculteur aura besoin d'un dispositif «capteur et transmetteur» pour environ 5 vaches. Activity Body Temp [ 0 C ] Raw data 3h average Figure 3 : Courbes de température et d'activité avec chaleurs (en rouge) Graphique : HESB-TI Détection Le développement du dispositif et des algorithmes de détection a nécessité un nombre important de mesures. La figure 3 montre des courbes de température et d'activité typiques. Les vaches peuvent avoir des chaleurs «silencieuses» qui sont beaucoup plus difficiles à détecter. Un bon taux de détection et une bonne fiabilité sont les principales qualités requises par les utilisateurs d'un tel système. Notre système atteint actuellement un taux de détection de 80 %. Les mesures en cours sur le terrain permettront encore d'optimiser les paramètres des algorithmes de détection. La concurrence et nos spécificités Nous ne sommes pas les seuls à développer une solution pour la détection des chaleurs. D'autres systèmes électroniques sont en cours de développement ou en début de commercialisation. Mais tous les systèmes concurrents utilisent une station fixe dans l'étable et relativement onéreuse pour récolter, traiter et visualiser les données. Notre système peut travailler et envoyer des alarmes SMS sans station fixe. Chaque animal est autonome et peut se déplacer dans un espace limité seulement par la présence occasionnelle du réseau mobile. C'est, de plus, le premier système qui combine deux critères : la température corporelle et l'activité, augmentant ainsi le taux de détection. Notons, également, une approche complètement différente de la concurrence : les capsules de sperme à diffusion lente qui permettent d'élargir la fenêtre de fécondation de quelques jours. Conclusion La coopération entre deux départements fondamentalement différents de la HES bernoise a permis de développer un produit répondant à un besoin et ayant un potentiel économique intéressant. Cette collaboration a été enrichissante pour les deux partenaires et a permis d'acquérir de nombreuses compétences. Un tel projet n'est possible qu'avec la contribution de nombreux collaborateurs ou ex-collaborateurs que nous remercions ici très sincèrement : Paul Bieri ( TI ), Daniel Esteves ( TI ), Ricardo Moccetti ( TI ), Arnaud Brielmann ( TI ), Lukas Jaun ( TI ), Lukas Burger ( SHL ), Marisa Furger ( SHL ), Patrick Tanner ( ANEMON S.A.), Jorge Da Silva ( ANEMON S.A. ), Matthias Haldimann ( Agriculteur ). Contact : > claude.brielmann@bfh.ch > infos : Figure 2 : Le transmetteur ANEBOX fixé au collier avec port USB pour la configuration de paramètres tels que le numéro de téléphone pour les envois des alarmes SMS. Photo: fotolia,hesb-ti 3/2011 hitech 15

16 FOCUS mobile communication «Regarde, la solution est à portée de main!» Les développements actuels du domaine de la communication mobile de «champ proche» ( Near Field Communication NFC ) offrent de nombreuses possibilités inexploitées. La question est comment «configurer» notre «W-PAN» ( Wireless Personal Area Network ) pour que nous et notre environnement puissions en tirer le plus grand bénéfice possible. Rolf Gasenzer Professeur d'informatique de gestion Photo : Céline Meyer Nous ne sommes que trop peu conscients du fait que la communication mobile de champ proche permet de soutenir grandement notre quotidien. De telles solutions sont souvent utilisées de manière intuitive et «en passant». En effet, en traversant le passage d un télésiège, qui se demande quelle technologie libère le tourniquet «d un coup de baguette magique»? À vrai dire, on n a qu une «carte plastique» dans une poche intérieure ou une montre Swatch- Access au poignet. La technologie se basant sur RFID ( Radio-Frequency IDentification ) ne constitue qu un seul composant technologique parmi tant d autres du domaine de la communication de champ proche. Scénarios d application des composants mobiles de la communication L illustration 1 montre une classification par scénarios d application. Cela permet d'attribuer des processus et de savoir avec quels composants technologiques il serait possible de ( continuer à ) les automatiser de manière appropriée grâce à la communication mobile de champ proche. Au niveau «Em- bedded Mobile», ce sont surtout les développements qui nous promettent davantage de systèmes et d objets quotidiens pour échanger et traiter en permanence des informations sous forme digitale dans le sens d un «Ubiquitous and Pervasive Computing». À ce propos, on parle aussi volontiers de l «Internet des choses» et on désigne ainsi l intégration du monde réel et du monde virtuel. ( Ill. 1 ) Near Field Communication et Ubiquitous Sensor Networks Ces dernières années, le terme «Ubiquitous Sensor Network» ( USN ) a également fait son apparition dans le cadre de la discussion sur le «Next Generation Network» ( NGN ), ceci d autant plus que des capteurs (intelligents) de toutes sortes se répandent de plus en plus et enregistrent des données de mesure dans les zones d intervention les plus diverses. Par USN, on désigne un système de couches de composants accordées entre elles (Sensor Network, USN Access Network, Network Infrastructure, USN Middleware, USN Applications Platform ). Cette construction permet de mettre à disposition les applications ( quotidiennes ) correspondantes. Les multiples scénarios d utilisation exigent énormément des capteurs : solidité tout en utilisant le moins d énergie possible ( solaire, pile ), soutien des communications avec des mobiles, tolérance de défaut ou topologies dynamiques des réseaux. ( Ill. 2 ) «Range» and types of application «Skin close» (Wearables,...) Intrapersonal «Man to Man» Interpersonal «Man to Machine» «Machine to Machine» (Embedded Mobile Object to Object,...) Nearfield Local Area Wide Area (PAN - Personal Area Network) (LAN - Local Area Network) (WAN - Wide Area Network) possible implementations possible implementations possible implementations RFID; NFC, Bluetooth, ZigBee RFID; NFC, Bluetooth, ZigBee RFID; NFC, Bluetooth, ZigBee RFID; NFC, Bluetooth, ZigBee W-LAN Protocol families WiMax Femtocell W-LAN Protocol families WiMax Femtocell W-LAN Protocol families WiMax Femtocell GSM/GPRS UMTS/HSPA+/LTE GSM/GPRS UMTS/HSPA+/LTE GSM/GPRS UMTS/HSPA+/LTE Ill. 1: Communication mobile de champ proche en tant qu'élément constitutif d'un «Ubiquitous and Pervasive Computing». Graphique : M. Signer Near Field Communication dans les services de la santé publique Dans les services de la santé publique, il est facile de nommer différents sous-systèmes pour lesquels l utilisation de technologies de champ proche et de réseaux de capteurs serait profitable. Pensons, par ex., aux procédures dans les hôpitaux et dans les cabinets médicaux ou au soutien de plus en plus important, au vu du développement démographique, des personnes âgées à la maison («Assisted Living At Home»). Nous entrevoyons aujourd hui déjà des solutions appropriées dans certains domaines, mais il reste encore quelques défis à maîtriser pour qu une plateforme complète et intégrée avec les composants nécessaires ( et standardi- 1 «Embedded Mobile» ( «communication mobile intégrée» ) désigne les composants d ordinateur et de communication, qui sont intégrés dans un contexte mobile. 2 Sous «Ubiquitous and Pervasive Computing», on désigne «les activités omniprésentes d ordinateur et de communication» et donc une connexion du quotidien pénétrant partout par des objets «intelligents». 16 hitech 3 /2011

17 sés ) voie le jour. La priorité est toujours mise sur la sécurité des patients et sur la protection des données personnelles des patients contre l accès non autorisé et indésirable. Différents projets pilotes locaux et régionaux ont vu le jour dans le cadre de la stratégie de cybersanté ( ehealth Suisse ) par le Conseil fédéral. Leur but est de montrer si une amélioration du soutien électronique des processus est possible dans tous les secteurs des services de la santé publique et si celle-ci peut être transformée en opération quotidienne. La HESB-TI y est impliquée dans diverses activités. Des professeur-e-s de la filière d études Informatique médicale élaborent, sur mandat de l Office fédéral de la santé publique ( OFSP ), un manuel qui sert de base à l évaluation des essais pilotes et si les buts sont atteints à l attribution d un label «conforme à la stratégie E-Health Suisse» pour les modèles pilotes évalués. Une évaluation test a été conclue avec succès pour le modèle pilote «e-toile» développé par le canton de Genève en coopération avec Swiss Post Solutions. Outre la Health Professional Card ( HPC ) du personnel soignant, la carte d assuré ( selon le standard X.509 ) joue pour le patient le rôle important de clé de son propre dossier électronique en tant que patient. Nous étudions aussi dans quelle mesure une solution sans contact («contactless») serait possible en utilisant la communication de champ proche. ( Ill. 3 ) La HESB s occupe aussi d un autre projet de recherche relatif aux services de la santé publique, dans lequel les technologies mobiles de champ proche interviennent également. Ill. 3 : La carte d assuré est un instrument essentiel pour un patient responsable. Photo : Poste Suisse Projet de recherche «Médias de capteurs sociaux» Ce projet interdépartemental de la HESB étudie, dans le cadre du cas «chambre de patient», les scénarios d utilisation et de danger d une intégration globale des réseaux de capteurs aux réseaux sociaux. Le département Informatique de la HESB-TI collabore avec la division Santé et la division Gestion et administration. Des connaissances solides résultent de cette multidisciplinarité. Il en découle en plus un échange d idées permanent avec le personnel soignant spécialisé en tant «qu utilisateur final». Le besoin d intégration des sources d information les plus diverses est en constante augmentation. De même, l intégration des réseaux de capteurs dans les réseaux sociaux va prendre de l importance. Des «sites intelligents» ( réels et virtuels ) voient le jour dans le sens de l Ubiquitous Computing; ils sont reliés et mettent à disposition des informations ayant différents buts d application, comme par exemple une chambre de patient. Contact : > rolf.gasenzer@bfh.ch > Infos: USN Services... Logistics Structural health Agricultural control Disaster/crisis U-Health Field... monitoring management USN Applications USN Directory service Management Ubiquitous web services Context modeling and management Contents management Spatial information management USN Middleware Network Infrastructure NGN Next Generation Network Ill. 2 : Modèle par couches pour USN ( Ubiquitous Sensor Networks ). Source : ITU Wireless Sensor Network Mobile RFID Reader Sink Node USN-Bridge RFID Reader USN Access Networking Sensor Networking 3 /2011 hitech 17

18 FOCUS mobile communication L espion venu du portable Depuis 2009, au GSM et Wireless Lab de la HESB-TI, mon équipe et moi faisons des recherches dans le domaine Performance et Sécurité des communications avec les mobiles GSM. Une de mes principales préoccupations est d attirer l attention sur les lacunes existant au niveau de la sécurité. Dr Ulrich Fiedler Professeur d informatique Photo : Nous utilisons nos mobiles tous les jours pour discuter, lire des sms et des s ou pour surfer. Presque personne n a toutefois pleinement conscience que la sécurité sur le mobile est souvent moins bonne que sur l ordinateur personnel. Il est facile d écouter la téléphonie mobile GSM Pour démontrer la facilité avec laquelle il est possible d écouter la radiocommunication mobile GSM, nous avons développé une «Awareness-Demo» au GSM et Wireless Lab de la HESB. En décembre 2010, lors d un Businesslunch de l ISSS ( Information Security Society Switzerland ), nous avons prouvé combien il était facile de lire des sms en enregistrant simplement le trafic de la radiocommunication mobile sans intervenir activement avec sa propre station de base dans les événements de radiocommunication mobile. Le cryptage A5 / 1 utilisé en radiocommunication mobile a été standardisé en En raison de la longueur de la clé de 64 Bit, ce cryptage ne donne actuellement plus la sécurité nécessaire. Il ne faut pas non plus oublier que les points faibles de la version initiale du standard GSM «continuent de vivre» sur le Net pour des raisons d argent et de travail, ce qui facilite encore plus la rupture du cryptage A5 / 1. L Awareness-Demo présentée comporte les composants suivants : - une radio logicielle, qui digitalise les signaux radio GSM et les transforme avec l ordinateur Bits et Bytes de transformation - le décodage des signaux numérisés sur un ordinateur portable - le décodage du cryptage A5 / 1 sur un serveur (ordinateur privé), qui peut aussi être à distance dans un local de serveurs et connecté par l Internet. Une intervention active dans la radiocommunication mobile est possible Nous avons construit une station de base GSM afin de montrer la facilité avec laquelle on peut intervenir activement dans la radiocommunication mobile. Les frais de matériel s élèvent à moins de 2'000 CHF. Grâce à cette station de base, on peut montrer combien il est simple d utiliser les mobiles des environs pour se connecter au réseau avec une station de base pirate, car cette dernière ne doit par principe pas prouver son affiliation au réseau de Swisscom, Orange ou Sunrise. Lors de la détermination du standard de la radiocommunication mobile, on a renoncé à une telle preuve d affiliation au réseau ( «authentification» ) pour deux raisons jugées alors défendables. Premièrement, il n y avait à l époque qu un seul opérateur de téléphonie publique dans chaque pays. Deuxièmement, les stations de base coûtaient plusieurs centaines de milliers de francs suisses et il n était pas facile de les reproduire. Entre-temps, la situation a fortement évolué. Le standard GSM a, certes, été étendu en 2006 de sorte à pouvoir obtenir de force la preuve de l affiliation au réseau des mobiles ; toutefois, l Office fédéral de la télécommunication ( OFCOM ) n impose toujours pas cette preuve aux opérateurs en Suisse. Mobile Logiciel radio SMS 18 hitech 3 /2011

19 Notre intervention lors de l émission «Einstein» de la télévision suisse SF1 du 9 juin 2011 a montré combien cette situation était alarmante. Nous y avons démontré combien une opération de mise sur écoute avec une station de base, pour suivre conversations téléphoniques et sms était facile à effectuer. Pour présenter cette démonstration, il faut en Suisse une licence de test de l OFCOM. Le franchisé a l obligation de ne pas perturber l exploitation courante de Swisscom, Sunrise et Orange et d utiliser une fréquence de radiocommunication mobile réservée spécialement pour les tests. Pendant l émission TV, nous avons donc été contraints de mettre les mobiles de test manuellement sur l opérateur virtuel du réseau Testcom et n avons pas pu montrer comment les mobiles pouvaient être importés sans problème sur la station de base, sans que l utilisateur du mobile ne s en rende compte. Il faut noter qu une station de base GSM que l on construit soi-même peut être utilisée non seulement pour écouter des mobiles, mais aussi pour des attaques par injection de code. Pour progresser, les opérateurs de téléphonie mobile devraient tout d abord remédier aux faiblesses du cryptage et de l authentification reconnues depuis longtemps. Comme GSM est une technologie de sortie, on se demande si les investissements y relatifs dans les mises à jour des composants du réseau sont encore réalisés. En tant qu utilisateur vous ne pouvez pas faire grand chose. Ill.2 : Le matériel de notre démonstration Awareness : à gauche, le logiciel radio avec une antenne pour recevoir les signaux GSM ; au milieu, le portable qui va décoder les signaux ; et à droite, l'ordinateur qui va décoder le cryptage A5 / 1. Comment se protéger Vous pouvez éventuellement voir si des logiciels d espionnage ont été installés sur votre mobile. Comme un signal sonore annonce le développement de conférences à trois sur certains téléphones, il vous faut faire attention aux bruits inhabituels au début d une conversation. Vous devriez, en plus, contrôler toutes les connexions individuelles sur votre facture de téléphone et voir si des sms ou des conversations sont listées à double ou si des conférences à trois sont affichées. Sur les smartphones, vous devriez en tous les cas respecter les règles de sécurité suivantes : - Ne jamais abandonner le mobile, même pour un bref instant. - Ne jamais installer des applications de fournisseurs non fiables. - N ouvrir les pièces jointes d que si vous en connaissez l expéditeur et attendez un document. Si, en tant que PME, vous avez des conversations au contenu sensible sur le mobile, vous devriez contrôler si une acquisition de mobiles avec cryptage est affichée. De tels mobiles implémentent un cryptage supplémentaire. Station GSM de base Contact : > ulrich.fiedler@bfh.ch > Infos : Ill. 1 : Lesi signaux GSM émis d'une station de base à un mobile peuvent être interceptés aisément par un logiciel radio. Images : U.Fiedler 3/2011 hitech 19

20 FOCUS mobile communication Electrosmog tout au vert? Pendant de nombreuses années, le thème «Electrosmog» était sur toutes les lèvres ; aujourd hui il est encore un peu d actualité. Quelle est toutefois l ampleur du célèbre «rayonnement des stations de base de la radiocommunication» comparée à d autres sources qui existent en partie depuis bien plus longtemps, comme les stations radio et TV ou WLAN Access Points? Et qu en est-il de la charge sur les places de travail industrielles? Peter Raemy Professeur d électronique analogique, technique de mesure et de communication mobile Photo : www arteplus.ch Dr Rolf Vogt Professeur de télécommunication sans fil Photo : Valeur effective de la densité du flux magnétique en T 10-1 Valeurs de référence Fréquence en Hz Ill. 1 : Valeurs limites dépendant de la fréquence selon l ICNIRP sur la densité du flux magnétique. Graphique : P. Raemy Nos organes sensoriels ne nous permettent pas de percevoir l effet des champs électriques, ni celui des champs magnétiques ou des champs électromagnétiques. Pour évaluer de tels champs, il existe des recommandations internationales ( ICNIRP ). La législation suisse les a reprises et les a en partie durcies ( ORNI ). Pour évaluer les charges sur les places de travail, la SUVA s appuie également sur les recommandations de l ICNIRP. Ces recommandations reposent sur des valeurs limites qui dépendent de la fréquence ( fig. 1 ). Pour définir une charge, il faut additionner de manière pondérée toutes les fréquences sur chaque site. La valeur ainsi obtenue est indiquée en pourcent, la limite de la charge correspondant à 100 %. Dans une entreprise, un poste de travail consiste à magnétiser des aimants de moteurs. Pour ce faire, une brève impulsion de courant de presque 2000 ampères est envoyée à travers une bobine. La charge occasionnée de 270 %, mesurée sur la distance de travail, est nettement trop élevée. Le champ magnétique n est pas seulement défini par la forte impulsion de courant, il est encore renforcé par la bobine. Dans le cadre d une thèse de bachelor 1, une construction de contrôle pour les charges en forme d impulsions a été développée pour examiner l instrument de mesure utilisé. Un condensateur à 41 mf a été chargé à 2 Volt et a ensuite été déchargé à travers une bobine ( fig. 3 ). La charge mesurée à l intérieur de la bobine, et qui a également été confirmée de manière analytique, s élève à 150 %. Dans un autre cas, nous avons créé des convertisseurs continus-alternatifs dans le champ de contrôle d une entreprise et avons constaté que des câbles de courant continu de 720 A passaient près des pieds de l ingénieur de contrôle. Ses pieds étaient ainsi exposés à une charge de 300 %, alors qu il suffirait de prendre des mesures simples pour obtenir des valeurs anodines 1. De tels problèmes doivent également être thématisés lors de fréquences plus élevées. Les énormes progrès en microélectronique et en technologie de la communication de ces deux dernières décennies ont permis de développer de 1 G. Morosoli, G. Parini : Exposition de l homme aux champs magnétiques, thèse de bachelor, HESB-TI, Ch. Hofstetter, M. Schläppi : Messung von elektromagnetischen Feldern im Hochfrequenzbereich, Projektarbeit 1, BFH-TI, «Elektrosmog dans l environnement», brochure de l Office fédéral de l environnement, hitech 3 /2011 Ill. 2 : NARDA ELT 400 et bobine pour tester l instrument de mesure Photo : P. Raemy