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Coupez le fil de vos produits communicants

PIERRICK ARLOT redaction@industrie-technologies.com

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Alors que l'informatique nomade banalise le sans-fil, la tentation est forte pour tous les fabricants d'équipements communicants, quels qu'ils soient, de « couper le cordon ». Mais remplacer une liaison câblée par une connexion sans fil ne s'improvise pas. Bien plus complexe qu'elle n'en a l'air, l'opération impose rigueur et circonspection. Quelques conseils avant de prendre la voie des airs.

Après la téléphonie mobile, l'informatique nomade contribue aujourd'hui à banaliser le sans-fil. Rien d'étonnant donc à voir pulluler les équipements capables de communiquer par voie radio dans les foyers, les bâtiments, les entreprises, les usines, les hôpitaux, etc. L'ampleur du phénomène peut se mesurer à l'aune de quelques chiffres. Selon l'analyste IHS iSuppli, il devrait se vendre cette année 1,2 milliard de produits télécoms, informatiques, automobiles ou grand public dotés d'une connexion à un réseau Wi-Fi ! Et c'est sans compter sur les objets communiquant à courte distance par le biais d'autres technologies sans fil et les équipements reliés directement aux réseaux de téléphonie mobile. Pour le cabinet ABI Research, le nombre de connexions cellulaires, GSM ou autres, pour communications de machine à machine (M to M) pourrait ainsi dépasser la barre des 300 millions d'ici à 2015. Avec des applications aussi diverses que la télémétrie, la télématique automobile, la télésanté, les compteurs d'énergie intelligents, le contrôle/commande à distance ou l'efficacité énergétique de l'habitat. Dans ces conditions, la tentation est forte pour les fabricants de produits électroniques reliés jusqu'alors à un câble de communication de supprimer ce « fil à la patte ». Apparemment simplissime, cette opération n'en requiert pas moins de procéder avec la plus grande circonspection. Histoire d'éviter les erreurs guettant le concepteur qui se jetterait inconsidérément au cou du sans-fil. Revue de détail.

1 S'assurer que le besoin est réel

Un tantinet provocatrice, la question de la réelle utilité d'une migration vers le sans-fil mérite d'être posée. « Dès lors que le critère est d'ordre purement économique, les probabilités que le projet n'aille pas à son terme sont fortes, car la radio a un coût et génère des contraintes techniques loin d'être négligeables », assure Pascal Champaney, directeur des études avancées chez Adeunis RF, spécialiste des modules et modems radiofréquences. « Pollution électromagnétique, problèmes de portée des transmissions ou de couverture radio, menaces pour la sécurité des liaisons... le sans-fil n'est pas la panacée universelle », renchérit Pierre Chichignoud, directeur technique de Goobie, bureau d'études industriel en électronique. Le passage au sans-fil doit donc se justifier sur le papier. Si la mobilité ou la portabilité de l'équipement apparaissent comme des raisons suffisantes dans bien des cas, la simplicité de déploiement peut aussi légitimer le saut vers la connectivité radio. À cet égard, le bouton-poussoir industriel sans fil lancé par Schneider Electric fait figure de cas d'école. « Le produit répond à un vrai besoin : celui de réduire les délais et les coûts d'installation par rapport aux solutions câblées, explique Benoît Tupler, gérant d'offres au service marketing du groupe français. L'avantage du sans-fil est également indubitable sur le plan de l'ergonomie d'utilisation, avec un positionnement du bouton-poussoir au dernier moment, dans des conditions idéales pour les opérateurs des machines ».

2 Sélectionner sa technologie radio

Une fois prise la décision de sauter le pas vers le sans-fil, encore faut-il opter pour la technologie radio adéquate. Un choix qui ne doit pas se faire sur un coup de tête ou sous l'emprise des effets d'un emballage médiatique. « Pendant deux ans, nous avons été noyés sous les demandes de concepteurs qui exigeaient du ZigBee, se souvient Pascal Champaney. En aucun cas, il ne faut se décider a priori sur telle ou telle technologie, tel ou tel standard. Le choix doit découler de l'expression d'un besoin ». De fait, l'envoi d'une simple commande marche/arrêt n'impose pas les mêmes contraintes sur un lien radio que l'émission d'un flux d'images TVHD... « La portée des transmissions, le débit des informations à véhiculer, la qualité désirée des liaisons, et la consommation électrique de la connexion radio, caractéristique essentielle pour un équipement fonctionnant sur pile, sont les quatre critères techniques principaux à prendre en compte », précise Éric Carreel, président de Withings, société qui conçoit des objets communicants sans fil à usage grand public tels que pèse-personne, tensiomètre ou baby phone. Des critères techniques auxquels s'ajoute le coût. « En fonction des technologies, celui-ci peut varier de quelques euros à plusieurs centaines d'euros, voire plus pour une technologie non standardisée », détaille Pierre Chichignoud.

3 Choisir la bonne option d'intégration

Lorsqu'il souhaite remplacer une connexion câblée préexistante par une liaison radio, le concepteur est confronté à différentes alternatives. Il peut notamment opter pour l'adjonction d'un boîtier de communication sans fil externe ou intégrer un module radio clé en main au sein de son produit. « Tout est affaire de volume, de capacité à pouvoir amortir sur les quantités fabriquées le surcoût du passage au sans-fil », note Pascal Champaney. Si la connexion d'un modem radio externe se justifie pour des milliers, voire des dizaines de milliers de pièces (et ce, d'autant plus si l'équipement est déjà installé chez un utilisateur...), l'option du module radio intégré reste viable à hauteur de 50 000 à 150 000 unités fabriquées. Au-delà, la connectivité radio impose sans nul doute un nouveau design électronique du système. « L'intégration d'un module radio présente des subtilités en matière de compatibilité électromagnétique et de positionnement des antennes, un facteur qui joue grandement sur le niveau des performances », prévient toutefois Emmanuel Walckenaer, directeur général chez Sierra Wireless, fournisseur majeur de modems et modules cellulaires M to M. « Dans tous les cas, il est difficile de se passer des conseils du fournisseur du matériel radio, souligne Pascal Champaney. Le concepteur de l'équipement aura tout intérêt à lui communiquer le schéma d'implantation des composants sur sa carte électronique ».

4 Garantir les besoins énergétiques

Tout le monde s'accorde sur ce point. Un dimensionnement approprié de l'alimentation électrique s'avère d'une importance cruciale pour un bon fonctionnement de la liaison sans fil. « Une connexion à un réseau mobile consomme bien plus d'énergie qu'une liaison filaire téléphonique, note Stefan Gonnet, directeur marketing et R&D d'eDevice, fabricant de modules M2M. Lorsqu'on choisit de remplacer un modem filaire par un modem sans fil, il faut vérifier que l'alimentation pourra gérer les pics de courant liés à l'émission GSM, ce qui n'est pas forcément le cas si l'équipement fonctionne sur piles ou batteries ». Pour éviter une telle déconvenue, eDevice propose une approche originale en remplacement des « vieux » modems téléphoniques encore utilisés dans certaines applications M to M et dont l'alimentation est fournie par les équipements eux-mêmes, souvent au travers d'un port série. Son boîtier externe GSM/GPRS CellGo intègre, en effet, une super-capacité apte à stocker l'énergie et à fournir la puissance nécessaire au moment de l'émission des données, et ce sans qu'il soit nécessaire d'ajouter un bloc d'alimentation supplémentaire.

Plus généralement, la notion d'autonomie revêt plus d'importance dès lors qu'un équipement fonctionnant sur piles ou batteries se met à communiquer sans fil. À charge donc aux industriels de faire preuve d'ingéniosité et de savoir-faire dans ce domaine et pas seulement d'un strict point de vue électronique. « Il est possible d'optimiser la gestion de la consommation électronique au niveau applicatif, en décidant par exemple de limiter la fréquence d'émission des données et de stocker temporairement en local les informations à transmettre », indique Emmanuel Walckenaer. Pour son bouton-poussoir industriel, Schneider Electric, pour sa part, a carrément opté pour une auto-alimentation sans pile. C'est l'appui mécanique qui génère par électromagnétisme l'énergie électrique nécessaire à l'émission radio. Encore faut-il que l'application s'y prête !

5 Ne pas oublier les coûts « cachés »

Dans un passage au sans-fil, le coût d'intégration de la fonction radio n'est que rarement le seul poste de dépense pour un industriel. En Europe, la mise sur le marché de tout produit de radiocommunication entre dans le cadre du marquage CE à travers la directive R&TTE 1999/5/CE. «Les tests de certification réalisés par des laboratoires accrédités peuvent alourdir le budget », indique Pierre Chichignoud. On parle ici de prestations de près de 2000 euros par jour, une somme conséquante, surtout pour les PME-PMI... « L'équipementier a tout intérêt à soigner la rédaction de ses documents déclaratifs de conformité car les administrations nationales sont de plus en plus pointilleuses et multiplient les contrôles », ajoute Pascal Champaney. Dans les applications M to M sans fil, le coût de déploiement sur le terrain, parfois à la charge des équipementiers eux-mêmes, n'est pas non plus à négliger. « Outils de diagnostic, recueil des meilleures pratiques, recommandations fournies par les fabricants de modules et de modems M to M contribuent à réduire la facture », précise Emmanuel Walckenaer. Bref, on l'aura compris, le passage au sans-fil n'est pas forcément un long fleuve tranquille.

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