Full text - Université de Douala

Transcription

Sciences, Technologie & Développement
ISSN 1029 - 2225
Interface de Compensation «défauts » entre systèmes de communication de
troisième génération
Vol. 13, n°1, 1 - 11
HAMAN - DJALO
Département de Physique, Faculté des Sciences, Université de Ngaoundéré,
BP 454 Ngaoundéré, Tél. : (237) 74 74 26 24
E-mail : [email protected]
BIDIAS Jean Benjamin
Département de Physique, Faculté des Sciences, Université de Ngaoundéré,
BP 454 Ngaoundéré, Tél. : (237) 74 74 26 24
Résumé
La contribution exposée ici porte sur LA CONVERSION DES DONNEES GPS AU FORMAT GSM. L’objectif
principal recherché est la complémentarité entre ces deux systèmes de communication en vue d’une compensation
mutuelle de leurs insuffisances et par extension, des difficultés rencontrées dans le guidage des mobiles ou des
personnes en général, lors du contrôle de position, de secourisme ou de sécurité. Ce document présente dans sa
première partie les systèmes GPS, leurs caractéristiques en terme de transmission et de réception de données, la
constitution des réseaux téléphoniques ainsi que les systèmes GSM. La deuxième partie décrit notre dispositif,
construit autour du microcontrôleur PIC16F876, pour l’interface entre les systèmes GPS et GSM. Enfin la
dernière partie porte sur le programme d’échange de données et de pilotage de l’ensemble du système.
Mots clefs: GPS, GSM, conversion, complémentarités, mobile, localisation, guidage.
Abstract
The contribution of our paper is based on THE CONVERSION OF GPS DATA TO A GSM FORMAT. The main
objective aims complementarities between the two systems and, by the way, the resolution of difficulties
encountered during the guidance of mobiles or people in general, in terms of position control, first – aid secured,
security or communication. The first part of this work presents the GPS system and their characteristics in terms
of data transmission and reception, the telephone networks same as the GSM system. The second part describes
our apparatus, built around a microcontroller which serves as an interface between the GPS and GSM systems.
The last part is dealing with the piloting program of the devices and data transmission.
Key words: GPS, GSM, conversion, complementarities, mobile, location, guidance.
Haman – Djalo et al. Vol. 13, (2012), n°1, 1 – 11
1
ISSN 1029 - 2225
I.
INTRODUCTION
Les nombreuses difficultés rencontrées par
l’armée américaine tant dans la direction de ses
opérations que dans l’échange d’informations entre
unités, le repérage et le ravitaillement des troupes,
l’ont amenée à rechercher des palliatifs à celles-ci.
Elle a pensé et mis en place le système
Internet qui permet l’échange d’informations mais,
pêche par la difficulté de localisation physique des
correspondants. C’est dans cette logique qu’elle
inventa au début des années 80, un système qui lui
permet de localiser ses unités avec précision et sans
ambiguïté [6]. Le système GPS (Global Positioning
System) vit ainsi le jour. Il fut par la suite adopté
dans plusieurs domaines et par certains particuliers
qui ont trouvé en lui, un système de localisation par
excellence. Cependant tous se sont heurtés à la
difficulté d’avoir facilement accès aux données de
localisation. De là naît la nécessité de convertir ces
données fournies par le GPS dans un système grand
public.
Parallèlement, un nouveau système de
téléphonie mobile appelé GSM (Global System for
Mobile communication) a aussi vu le jour. Celui-ci a
été conçu pour combler les limites de la téléphonie
fixe. Ce système est une technologie nouvelle, plus
fiable que les anciennes sur le plan de la qualité de
services, de la communication et de transmission de
l’information [3].
La fusion entre les deux systèmes c’est – à
– dire, la localisation et les nouvelles techniques de
communication, nous semble incontournable dans la
société actuelle, à la quête permanente du bien-être,
de la sécurité et de la localisation, partout à travers
le globe.
L’évolution et l’optimisation des systèmes
GSM ont abouti au maillage en cellules de tout
espace couvert. Il existe aussi des zones non
couvertes ou zones d’ombre. C’est notamment par
rapport à ces zones que, par complémentarité, le
GPS peut avoir toute son importance. De même, ces
GPS qui couvrent l’entièreté du globe, sont aveugles
sous abris. Cette défaillance peut être levée par les
systèmes GSM.
De là, naît naturellement l’importance de
notre système interface, permettant l’échange entre
les deux familles, d’où leur complémentarité.
Pour mener à bien notre étude, nous
présenterons d’abord le système GPS dans son
ensemble et ses caractéristiques en terme d’émission
et de transmission de données. Enfin, nous
atteindrons notre objectif en présentant notre
dispositif de conversion de données GPS-GSM, en
utilisant la procédure SMS ou Short Message
Service. Ces données ainsi converties, peuvent être
lues ou transmises à distance, via la procédure de
communication, accessible du site de l’opération.
II.
PRINCIPE DU GPS
La maîtrise de notre environnement, de
l’interaction entre la terre, les différentes planètes et
les satellites, place les nouvelles technologies en
première ligne de nos préoccupations actuelles.
C’est dans cette optique qu’a été conçu le
GPS, un système de navigation et de localisation par
satellites, capable de donner pour tout point du
globe, sa position avec une précision de l’ordre de 5
à 10 m près pour les civils et, de l’ordre du mètre
pour l’armée américaine, de jour comme de nuit.
C’est donc un système d’information géographique
par excellence [6]. Les différents signaux émis et
leur exploitation, à travers le format de données,
constituent une partie essentielle à la compréhension
de cette nouvelle done dans laquelle naît le GPS.
Commencé par quatre satellites prototypes,
lancés en 1978, le système a été complété par une
constellation de 24 satellites militaires américains,
opérationnels depuis 1993 et accessible aux civils,
[13] www.europe satellite.com/gps/suivi.html.
Le GPS sert entre autre à se localiser et
s’orienter dans un milieu inconnu.
Le récepteur GPS est donc un appareil qui
indique avec précision la position des objets à la
surface de la terre et au-delà, jusqu’à une altitude
suffisante pour que, l’aviation puisse s’en servir
pour le guidage.
Le GPS possède trois composantes
principales à savoir :
- la composante spatiale constituée de 24
satellites en orbite autour de la terre ;
- la composante de contrôle formée de
stations de poursuite au sol ;
- la composante usager qui comprend les
récepteurs.
Notre travail est axé sur la dernière
composante, en supposant les deux premières
normalement opérationnelles.
Pendant que la composante contrôle
s’occupe du calcul des trajectoires des satellites
GPS, la composante usager n’est formée que des
récepteurs, nécessaires à la localisation. Ils ont pour
fonction de mesurer des distances entre l’antenne réceptrice et les satellites - émetteurs, de décoder les
messages radiodiffusés qui contiennent les
éphémérides servant aux calculs de la position des
satellites, du temps d’observation et de la position de
l’utilisateur.
En plus de la triangulation, de la mesure de
distance et celle du temps, le GPS offre aussi
d’autres services comme le positionnement des
satellites, les corrections d’erreurs éventuelles, etc...
En pratique, il faut au moins trois (03)
satellites pour déterminer avec précision une
position en trois dimensions (3D) [13]
www.localisation/gps/espace
2
La navigation en temps réel est l’une des
applications principales du GPS. Tout mobile, muni
d’un récepteur GPS peut connaître instantanément sa
position et sa vitesse dans un repère terrestre.
En effet, pour localiser un point M de la
surface du globe terrestre (figure 1), il suffit d’entrer
en contact avec trois (03) satellites. Chaque satellite
envoie son numéro d’identification, sa position
précise par rapport à la terre, ou dans le repère
GREENWICH, l’heure exacte d’émission du signal.
Le récepteur GPS, grâce à son horloge supposée
synchronisée sur celle des satellites, calcule donc le
temps de propagation à la vitesse de la lumière et en
déduit la distance le séparant du satellite.
Que ce soit sur terre, sur mer, ou dans les
airs, les performances excellentes et le faible coût du
récepteur GPS, font de ce système un instrument de
navigation très prisé. Seule la navigation civile
aérienne est encore réticente pour des raisons
techniques.
Il existe trois (3) familles de GPS liées à la
navigation aérienne, maritime et terrestre ou
polyvalente.
Le système de communication utilisé est le
"Carrier Phase GPS" (GPS à décalage de porteuse).
La précision de la mesure réside dans la
comparaison entre le signal émis par le récepteur, et
celui reçu du satellite. Comme il est difficile de
savoir si les deux signaux se superposent
exactement, le Carrier Phase GPS compare, non pas
ces signaux, mais leur porteuse ayant une fréquence
1000 fois supérieure. Ce qui permet un ajustement
1000 fois plus précis [4].
Figure 1: Principe général d’une localisation
spatiale.
A. Contenu d’un message GPS
Le message reçu par un récepteur GPS en
provenance d’un satellite contient plusieurs
informations, notamment, la position courante en
latitude, longitude et altitude, la vitesse de
déplacement ainsi que l’heure de transmission.
Il donne aussi d’autres informations
subsidiaires non négligeables telles que, la direction
du déplacement ou fonction boussole, la trace du
parcours, le cap à suivre pour atteindre un but, le
temps restant ainsi que la distance restante par
ISSN 1029 - 2225
rapport à ce but. A cela on peut ajouter, la prévision
du parcours à suivre ou routage, l’heure du lever et
du coucher du soleil pour la position actuelle et
l’enregistrement des «waypoints» c'est-à-dire des
positions précises souhaitées sur le terrain.
Il faut noter cependant que les signaux GPS
ne traversent pas encore le béton, la terre, l’eau et
l’acier. Ceci constitue son handicap majeur.
B. Structure des données GPS
Les données de localisations GPS peuvent
être transmises sous plusieurs formats. Dans notre
travail, nous avons utilisé pour illustration, le GPS de
marque GARMIN 72 disposant d’une sortie au
standard NMEA (National Marine & Electronics
Association) 0183 [13] www.garmin.ch . Le format de
trame que nous manipulons spécifiquement est la
structure GLL c’est – à – dire la position
Géographique Longitude/Latitude .
Le standard NMEA est défini uniquement
comme étant le protocole de transmission des donnés
entre les instruments et équipements électroniques liés
au GPS.
Sous ce standard, toutes les données sont
transmises sous forme de caractères ASCII, tous
imprimables, à la vitesse de transmission de 4800
bauds y compris les caractères CR ou Retour Chariot
et LF ou Retour à la ligne.
Les données sont transmises sous forme de
trame et chaque trame commence toujours par le
caractère $, suivi par un groupe de deux (02) lettres
pour l’identification du récepteur. Suivent ensuite un
certain nombre de champs, séparés par des «virgules».
Elles empêchent l’enchaînement des données dans le
programme de traitement.
Enfin,
un
champs
optionnel
dit
CHECKSUM précédé du signe *, représente le OR
exclusif de tous les caractères compris entre $ et *.
Il y a au total quatre-vingt deux (82)
caractères au maximum pour une trame.
Une donnée peut être considérée comme
une valeur particulière qui permet alors de déterminer
un résultat, lequel pourrait être à son tour, une donnée
pour une autre opération.
Dans notre cas, les données sont les
paramètres de l’espace à savoir : la longitude, la
latitude, l’heure, la date, etc… Elles sont transmises
par les satellites GPS au travers des ondes hertziennes
aux récepteurs GPS. Ce sont les résultats d’une
localisation spatiale quelconque.
III. LES RESEAUX GSM
C’est en 1982 que le Groupe Spécial
Mobile, appelé GSM est créé afin d’élaborer les
normes de la communication mobile pour l’Europe,
dans la bande de fréquences de 890 à 915 MHz pour
l’émission et 935 à 960 MHz pour la réception.
3
Ce n’est qu’en 1987 que ce groupe arrête
les choix technologiques relatifs à l’usage des
télécommunications
mobiles,
notamment
la
transmission numérique, le multiplexage temporel
des canaux radio, le chiffrement des informations
ainsi qu’un nouveau codage de la parole [10]. Il faut
attendre 1991 pour que la première communication
expérimentale par GSM ait lieu. Au passage le sigle
GSM change de signification et devient le Global
System for Mobile Communication et les
spécifications sont aussi adaptées pour des systèmes
fonctionnant dans la bande de 1800 MHz.
Un réseau GSM est constitué de cellules
contiguës de 30 Km maximum et utilise la fréquence
centrale de 900 MHz. Les cellules forment une zone
couverte par le réseau qui fonctionne sur le principe
des réseaux commutés [10].
Une radiophonie ou appareil mobile,
désigne un équipement terminal muni d’une carte
SIM ou Subscriber Identify Module, permettant aux
abonnés
d’accéder
aux
services
de
télécommunication d’un réseau public mobile.
En plus de la gestion de la mobilité des
utilisateurs, un réseau de téléphonie mobile,
conserve les principes standards d’un réseau de
téléphone tels que la qualité de service fournie à
l’abonné.
A. Connexion et services dans un réseau de
téléphonie mobile
L’établissement d’une communication
consiste à réaliser les connexions internes
nécessaires dans les centraux, en créant un chemin
continu ou routage entre l’appelant et l’appelé.
Le réseau téléphonique assure la
transmission d’informations par des appareils
comme le télécopieur, le minitel ou encore le
modem permettant, via un ordinateur, les échanges
de données, des accès à des serveurs d’informations
ou à d’autres réseaux comme l’Internet.
Il offre aussi d’autres services tels que, la
radio qui donne aux utilisateurs l’accès au réseau, la
communication qui permet de diriger les appels au
bon endroit et la gestion de la mobilité qui permet
d’assurer la continuité de service pendant les
déplacements des utilisateurs. A cet ensemble de
services s’ajoutent également les transmissions qui
acheminent les communications d’un bout à l’autre,
la collecte d’informations de facturation, spécifiques
à chaque opérateur, la supervision et les statistiques
pour l’exploitation et la maintenance, etc.. [2]
La Conférence des administrations Européennes des Postes et Télécommunications (CEPT)
et l’ETSI (European Télécommunication Standard
Institute) ont élaboré la norme d’un système radio
mobile numérique unique, le GSM [13]
www.etsi.org. De nombreux pays, même hors
d’Europe, ont signé l’accord y relatif.
Cet accord définit l’infrastructure, les
protocoles et les fonctionnalités de téléphonie
ISSN 1029 - 2225
mobile qui permettent à un abonné d’appeler et
d’être joint partout dans la zone couverte par un
réseau au standard GSM, quel que soit l’opérateur
local.
Le spectre de fréquences exploitables en
téléphonie mobile GSM est réparti en 2 fois 124
canaux de 200KHz. La bande comprise entre 915 et
935 MHz étant réservée pour éviter les interférences
et, le nombre d’utilisateurs augmentant, il s’est avéré
nécessaire d’attribuer une bande supplémentaire aux
alentours des 1800MHz. On a donc porté la
technologie GSM – 900 MHz vers une bande
ouverte à plus haute fréquence. C’est le système
DCS – 1800 ou Digital Communication System,
dont les caractéristiques sont quasi identiques au
GSM en terme de protocoles et de services. Les
communications montantes se font alors entre 1710
et 1785 MHz et les communications descendantes
entre 1805 et 1880 MHz. Connaissant les différents
canaux disponibles, il est alors possible d’effectuer
un multiplexage fréquentiel, appelé Frequency
Division
Multiple
Access
(FDMA)
[13]
www.electronique-magazine.com , en attribuant un
certain nombre de fréquences porteuses par station
de base.
L’établissement d’une communication
s’effectue suivant deux principes particuliers : le
principe d’un appel émis et celui d’un appel reçu.
L’émission et la réception définissent la
fonction principale d’un mobile GSM.
Etablir un appel depuis un mobile fait
recours à plusieurs étapes. Il faut composer et
valider le numéro sollicité. Après vérification auprès
du « Visitor Location Register » (VLR), la demande
est prise en compte ou non. En cas d’accord, le
commutateur sollicite l’autorisation à la « Base
Transceiver Station » (BTS) d’allouer un canal pour
transporter la voix, la signalisation et l’établissement
d’une connexion vers le destinataire fixe ou mobile.
La réception quant à elle fait aussi recours à
plusieurs étapes. L’arrivée de la demande d’appel
sur le commutateur « Mobile Switching Center »
(MSC) le plus proche de l’appelant, interroge le
« Home Location Register » (HLR) pour
l’autorisation d’acheminement de la communication.
Une recherche du chemin optimal est opérée [9].
Lorsque le mobile répond, l’établissement des
circuits nécessaires à l’acheminement de la
communication vers la cellule concernée s’effectue.
B. Architecture GSM et concept cellulaire
L’architecture d’un réseau GSM peut être
divisée en trois sous-systèmes :
- le sous–système radio contenant la
station mobile, la station de base et son
contrôleur ;
- le sous–système réseau ou d’acheminement ;
- le sous–système opérationnel ou d’exploitation et de maintenance.
4
Les stations de base (BTS) assurent la
couverture radio de zones géographique. Ces zones
sont quadrillées par les cellules.
Le concept de cellule consiste en la division
de l’espace en de petites zones appelées cellules et
permet, de partager les fréquences radio entre cellesci. Ainsi, chaque cellule est constituée d’une station
de base, reliée au Réseau Téléphonie Commuté
(RTC), à laquelle on associe un certain nombre de
canaux de fréquences à bande étroite, sommairement
nommées fréquences. Ces fréquences ne peuvent pas
être utilisées dans les cellules adjacentes pour éviter
les interférences [3]. Par contre elles peuvent être
réutilisées à partir d’une certaine distance.
La taille des cellules n’est pas la même sur
tout l’espace. En effet, celle-ci dépend du nombre
d’utilisateurs potentiels dans la zone, la
configuration du terrain (relief géographique,
présence d’immeubles,...), de la nature des
constructions (maisons, immeubles en béton,…) et
de la localisation rurale ou urbaine et donc de la
densité des constructions.
Un opérateur devra tenir compte des
contraintes du relief topographique et des contraintes
urbanistiques pour dimensionner les cellules de son
réseau.
Par rapport au système de première
génération, les cellules sont maintenant de taille plus
petite. La puissance d’émission est plus faible et le
nombre d’utilisateurs peut être augmenté pour une
même zone géographique. C’est grâce au principe de
réutilisation des fréquences qu’un opérateur peut
augmenter la capacité de son réseau. En effet il suffit
de découper une cellule en plusieurs cellules plus
petites et de gérer son plan de fréquences pour éviter
toute interférence. Il y a ainsi toute une
nomenclature spéciale pour classer les cellules en
fonction de leur taille : macro, micro, pico, etc...
Par conséquent, une cellule se caractérise
par sa capacité, c'est-à-dire le trafic maximum
qu’elle peut écouler, en fonction du nombre de
fréquences qui lui sont attribuées. Ce trafic est
fonction du nombre moyen des personnes qui
communiquent et de la durée moyenne d’une
communication.
Figure 2 : Motif de cellules avec réutilisation des
fréquences disponibles
Dans un réseau de grande ampleur, à
vocation nationale et internationale, il n’est pas
ISSN 1029 - 2225
envisageable, lors d’un appel vers un mobile, de le
relayer vers toutes les stations radio jusqu’à ce que
ce mobile décroche. Il est donc indispensable de
connaître, de manière permanente et centralisée, la
localisation de chaque mobile, pour ne diriger un
appel que vers la zone concernée. Cette fonction
spécifique, dite de «gestion de l’itinérance» est la
différence principale entre un réseau de téléphonie
mobile et téléphonie fixe [10].
Pour que le radiotéléphone se trouve
toujours dans une zone de couverture d’une station
de base, il faut implanter d’autant plus de stations
que la puissance des mobiles est faible. On parle
couramment de zone de couverture radio d’une
station de base. En fait, cet abus de langage désigne
sa capacité à capter les signaux émis par les mobiles
de la zone et dépend donc de la puissance des
mobiles.
C. Structure de données SMS
Le GSM utilise le format d’appel et le
format message SMS ou Short Message Service qui
est un service de messages courts et écrits, utilisant
l’afficheur d’un mobile. Ici, nous allons nous
intéresser spécifiquement au format SMS.
Les messages SMS sont spécifiés par
l’ETSI et peuvent contenir jusqu’à 160 caractères.
Chaque caractère est codé sur sept (07) bits selon le
« 7 – bits defaults alphabet » [13] www.etsi.org .
Les messages contenant des caractères codés sur
huit (08) bits ne sont habituellement pas lisibles par
des téléphones comme message texte.
Le mode PDU ou Protocol Description Unit
et le mode texte sont les deux façons d’envoyer et de
recevoir des messages SMS.
La chaîne de caractères de PDU contient
non seulement le message, mais également des
informations au sujet de l’expéditeur, son centre de
messagerie, le timbre horaire, etc… Tout est sous
forme d’octets hexadécimaux ou de semi octets
décimaux.
Les instructions AT (ATtention) sont les
commandes qui permettent l’accès aux fonctions
d’un téléphone portable par l’intermédiaire d’un
terminal. Ces commandes s’inspirent fortement du
standard HAYES, du nom de la société américaine
qui, dans les années 1970, a défini une liste de
commandes universelles permettant de piloter un
modem [8]. Chaque instruction débute par les
caractères ASCII « AT » tirés de l’abréviation
« ATtention » et se termine par un retour chariot,
CR ou Carriage Return. En général, les fabricants
fournissent avec le modem la documentation
suffisante pour la paramétrisation.
Nous utilisons pour notre travail un
téléphone de marque ERICSSON dont les
commandes AT sont spécifiques à cette famille [13]
www.ericsson.com .
D’autre part, les réseaux GSM étant
numériques et utilisant les transmissions par ondes
5
hertziennes et par satellites, le rendu du signal à
l’arrivée est d’excellente qualité. Néanmoins, on fait
de plus en plus appel à la fibre optique qui est un
support de transmission encore meilleur sur le plan
qualité et capacité. Elle améliore ainsi les réseaux
GSM et tous les services y afférents.
IV. CONVERSION DES DONNEES
Le cœur de notre dispositif de conversion
de données (figure 4), interface entre le GPS et le
GSM, est le microcontrôleur PIC 16F876.
A. Microprocesseur PIC 16F876
Le PIC est une dénomination des
microcontrôleurs appartenant à la famille Microship.
Ce sont des composants dits RISC ou Reduce
Instructions Constructions Set, ou encore composant
à jeu d’instruction réduit, afin de le rendre très
rapide [7].
Il existe trois familles de PIC. La famille
Base – Line qui utilise des mots d’instruction de 12
bits, la famille Mid – Range qui utilise des mots de
14 bits et dont font partie les 16F84 et les 16F876 et
enfin la famille High-End qui utilise les mots de 16
bits.
Les PICS ont un jeu de 35 instructions.
Pour identifier un PIC, on utilise simplement son
numéro. Les deux premiers chiffres indiquent la
catégorie du PIC. Ainsi 16 indique un PIC MidRange. Ce nombre est suivi parfois de la lettre L
indiquant que le PIC peut fonctionner avec une
plage de tension beaucoup plus tolérante. A la suite
de cette lettre, on trouve C pour spécifier que la
mémoire programme est du type EPROM ou
EEPROM, CR si la mémoire est de type ROM ou F
si elle est de type FLASH. Les derniers chiffres
(876) quant à eux identifient précisément le PIC.
Sur le boiter est aussi portée la fréquence maximale
que peut supporter le PIC. Par exemple 20 pour
signifier 20 MHz.
En conclusion, un 16F876 est un PIC MidRange dont la mémoire programme est de type
FLASH (F). Il est donc réinscriptible. De numéro
d’indentification 876, il est capable d’accepter une
fréquence d’horloge de 20 MHz.
B. Organisation et adressage du 16F876
La mémoire du 16F876 est divisée en trois
(03) parties. A la mémoire programmable de 8kilo
mots ou program FLASH, il faut ajouter la mémoire
RAM de 368 octets ou Data Memory et la mémoire
de Données de 256 octets ou Data EEPROM.
Le PIC 16F876 possède 22 entrées/sorties
et travaille sur 8 bits. Il utilise trois (03) ports A, B
et C [7]. Il utilise trois (03) modes d’adressage,
littéral ou immédiat, direct et indirect, accessibles
suivant quatre (04) types d’instructions : orientées
bits, octets, générales et sauts ou appels sous –
routines [1].
ISSN 1029 - 2225
De tous les circuits intégrés complexes, le
microprocesseur est sans doute le plus connu [11],
[12]. Il sert à effectuer des calculs ou à transférer des
données en full – duplex, par l’intermédiaire d’une
interface d’entrées/sorties. Son rôle se résume à aller
chercher l’instruction en mémoire, la décoder,
exécuter l’opération demandée et ranger le résultat si
nécessaire.
Notre PIC 16F876 est utilisé sous
configuration microcontrôleur, c'est-à-dire associé à
des périphéries internes permettant de réaliser des
montages sans l’ajout de certains composants
externes.
C. Interface GPS – GSM
Il est possible de convertir les données GPS
sous format GSM, format qu’utilise tout réseau
téléphonique de troisième génération ou réseau
téléphonique cellulaire. Le format GSM utilisé ici
peut être le format radio standard (format appel) ou
le format message SMS ou encore le format GPRS
(General Packet Radio Service), transmission par
paquets de données à haut débit sur réseau GSM [5].
Notre interface, figure 4, permet de
convertir les données GPS au format GSM. Cette
opération aboutit à la connaissance et à la
récupération de position d’un mobile sur lequel est
monté un récepteur GPS et de la convertir sous
format GSM. Les données obtenues peuvent être
transférées à leur tour d’un système à un autre. Pour
cela, nous utilisons les signaux du réseau satellitaire
GPS dont les données sont transmises à l’interface
par un câble de connexion pour être traitées et
transférées à un terminal portable qui peut les
transmettre à son tour à un troisième dispositif,
notamment à distance.
En définitive, chaque élément constituant la
structure de notre convertisseur joue un rôle
particulier et l’assemblage des différentes parties
forme un tout qui définit son fonctionnement. Les
plus importantes sont :
le récepteur GPS doté de son antenne et qui
établit les données de position ou de localisation ;
le microcontrôleur (PIC 16F876) qui vérifie
la présence du téléphone portable, contrôle le
fonctionnement sériel de celui-ci, la vitesse de
transmission et la liaison du GPS avec l’interface;
un régulateur 7805 de tension qui fournit
5V au reste des éléments du circuit, tension
nécessaire à son bon fonctionnement;
le téléphone portable qui reçoit et transmet
les messages reçus ;
le convertisseur de niveau TTL/MAX 232
qui permet à l’interface d’émettre et de
recevoir les données ;
le circuit intégré 74HC32, quadruple OR à
deux entrées, qui sert à multiplexer les ports
séries du GPS et du GSM.
6
ISSN 1029 - 2225
Le fonctionnement de l’interface dans son
environnement réel (figure 3) est décrit par le
programme ci – après :
Etape 4 : Extraction de la trame GPS, de la position
occupée
Etape 5 : Transmission de la position extraite en
SMS, au poste de réception téléphonique distant
Etape 6 : Boucler à l’Etape 3 jusqu’à l’arrêt définitif
Etape 7 : Fin
Etape 0 : Début
Etape 1 : Initialisations (ports, périphériques,
interruptions)
Etape 2 : Configuration du poste téléphonique
d’émission (rejet des appels téléphoniques classiques)
Etape 3 : Boucler à l’Etape 3 jusqu’au fonctionnement du GPS
K
A
R9
B
100
R8
U1
7
6
5
4
3
2
1
10
9
C1
RA5/AN4/SS
RA4/T0CKI
RA3/AN3/VREF+
RA2/AN2/VREFRA1/AN1
RA0/AN0
RC7/RX/DT
RC6/TX/CK
RC5/SDO
RC4/SDI/SDA
RC3/SCK/SCL
RC2/CCP1
RC1/T1OSI/CCP2
RC0/T1OSO/T1CKI
RB7/PGD
RB6/PGC
RB5
RB4
RB3/PGM
RB2
RB1
RB0/INT
MCLR/Vpp/THV
OSC2/CLKOUT
OSC1/CLKIN
18
17
16
15
14
13
12
11
1
22k
11
12
10
9
2
3
16
C1+
C1-
T1IN
R1OUT
T2IN
R2OUT
T1OUT
R1IN
T2OUT
R2IN
VS+
VS-
13
C2+
11
14
13
7
8
2
6
C2-
GPS
COMPIM_PCB
C3
470u
MAX232
12
4
C2
C4
5
A
PIC16F876
X1
1
6
2
7
3
8
4
9
5
3
U3
1
28
27
26
25
24
23
22
21
1uF
1uF
20
1uF
9
8
R3
10
10k
5
6
4
B
U4
A
10K
1K
VO
3
R5
GND
VI
V1
C5
470uF
2
12V
R6
R1
7805
1
1K
R4
C6
Q2
BC548
100n
1K
Q1
R7
BC548
1K
R2
1.5K
J2
J1
J3
TX_GSM
RX_GSM
TERMINAL
Figure 3: Schéma électrique de l’interface
7
ISSN 1029 - 2225
V. RESULTATS ET DISCUSSION
Le GPS gère et transmet sur demande, les
quatorze « phrases » suivantes :
$
GP
LC
OM
II
GGA
GLL
GSA
GSV
VTG
RMC
,
*
CR ; LF
Tableau 1 : Langage du GPS Garmin 72
Parmi ces quatorze phrases et en guise
d’exemple, nous avons choisi de traiter
particulièrement la phrase GLL, relative à la position
Géographique définie par la Latitude et la
Longitude.
Soit $0725.1490, N, 01332.5086, E,
102420, U, S, 43, l’acquisition d’une position par
GPS, extraite, convertie et envoyée par l’interface
puis lue comme SMS sur l’afficheur du téléphone
portable. Ce message SMS signifie :
- $ : début la phrase ;
- 0725.1490, N: Latitude 07° 25min 14
sec 90tierce Nord ;
- 01332.5086, E: Longitude 013° 32
min 50 sec 86tierce Est ;
- 102420 : heure10h minute 24 min
secondes 20 s ;
- 43 : champ optionnel (CHECKSUM).
Ces données représentent les coordonnées
géographiques d’un point, pris à l’entrée principale
de l’Ecole Nationale Supérieure des Sciences Agro –
Industrielles
(ENSAI)
de
l’Université
de
Ngaoundéré au Cameroun. Elles auraient pu être
envoyées vers n’importe quel terminal tel que
ordinateur ou toute centrale de traitement
d’informations.
Ces informations, échangées entre deux
téléphones portables, se traduisent comme suit:
A. Champ en réception
0791237776995533040B9123777763120000010110
61323470B24D84D5673C5683918BE4648160B1D
94CE6AAC1703616A8C82C560329ACC625559A
O29B344
OCTETS
DESCRIPTION
Longueur de l’information SMSC (Short Message Service Center)
07
91
23777699533
04
0B
91
23777763120
00
00
101106132347
0B
24D84D5673C5683918BE4648160B1D9
4CE6AAC1703616A8C82C560329ACC
625559AO29B344
Type de l’adresse SMSC
Numéro de centre service en semi octet décimal. La longueur du numéro
de téléphone est de 8 et forme des octets propres. Le numéro de
téléphone est “77699533“
Premier octet du message à délivrer
Longueur de l’adresse de l’expéditeur (hex : 0B = dec : 11)
Type de l’adresse de l’expéditeur, en semi octets
Numéro de téléphone de l’expéditeur
Identificateur de protocole
Schéma de codage des données
Date et Timbre horaire
Données de l’utilisateur
Message, octets de 8 bits représentant les données 7 bits
Tableau 2 : Description des champs d’un SMS reçu via un portable
B. Champ en émission
0011000A81237777508020000AA0B24D84D5673
C5683918BE4648160B1D94CE6AAC1703616A8
C82C560329ACC625559AO29B344 + CMGS
OCTETS
00
11
00
DESCRIPTION
Longueur de l’information
Premier octet du message
Référence du message (0 indique que le téléphone met les références tout
seul)
8
ISSN 1029 - 2225
0A
Longueur de l’adresse du destinataire (numéro de téléphone) ici la tille
est de 7
Type de l’adresse du destinataire
Numéro de téléphone du destinataire, en semi octet
Identificateur de protocole TP -ID
Schéma de codage des données
Période de validité (AA = 4jours)
Longueur des données de l’utilisateur
Données de l’utilisateur, codées sur 7 bits (message contenu dans le
SMS)
81
23777750802
00
00
AA
0B
24D84D5673C5683918BE4648160B1D9
4CE6AAC1703616A8C82C560329ACC
625559AO29B344
Tableau 3 : Description des champs d’un SMS envoyé
C. Codage et Décodage du message reçu
Nous donnons ci-dessous un exemple de
message codé et reçu par un portable soit :
24D84D5673C5683918BE4648160B1D94CE6AA
C1703616A8C82C560329ACC625559AO29B344.
Ses décodage et codage sont les suivants :
Décodage :
24
D8
4D
56
73
C5
68
00100100
11011000
01001101
01010110
01110011
11000101
01101000
Suite 1 du décodage
18
B
EU
64
81
60
B1
00011000
00001011
11100100
01100100
10000001
01100000
10110001
4C
E6
AA
C1
70
36
16
01001100
11100110
10101010
1100001
01110000
00110110
00010110
C8
2
C5
60
32
9A
C
11001000
00000010
11000101
01100000
00110010
10011010
00001100
Suite 4 et fin du décodage
2
55
59
AO
29
B
34
00000010
010101001
01011001
10100000
00101001
00001011
00110100
Tableau 4 : Décodage des différents caractères reçus dans un message
Conversion avec codage
La valeur hexadécimale est simplement convertie en une chaîne de 8 bits.
0100100
0110000
0110111
0110010
0110101
0101110
00100100
00110000
00110111
00110010
00110101
00101110
24
30
37
32
35
2È
$
0
7
2
5
.(point)
Suite 1 de la conversion
0111001
0110000
00111001
00110000
39
30
9
0
0110001
0110011
00110001
00110011
31
33
1
3
0110110
0101100
00110110
00101100
36
2C
6
, (virgule)
39
00111001
D9
11011001
A8
10101000
C6
11000110
0110001
00110001
31
1
4
00000100
0110100
00110100
34
4
0101100
00101100
2C
, (virgule)
0100000
00100000
20
espace
1001110
01001110
4E
N
0101100
00101100
2C
, (virgule)
0100000
00100000
20
espace
0110011
00110011
33
3
0110010
00110010
32
2
0101110
00101110
2E
. (point)
0110101
00110101
35
5
0110000
00110000
30
0
0111000
00111000
38
8
0100000
00100000
20
espace
1000101
01000101
45
E
0101100
00101100
2C
,(virgule)
0100000
00100000
20
espace
0110001
00110001
31
1
0110000
00110000
30
0
0110000
00110000
30
0
9
0110010
0110100
0110010
0110000
0101100
0100000
1010101
00110010
00110100
00110010
00110000
00101100
00100000
01010101
32
34
32
30
2C
20
55
2
4
2
0
, (virgule)
espace
U
Suite 5 et fin de la conversion
0100000
1010011
0101100
0100000
1000011
00100000
01010011
00101100
00100000
01000011
20
53
2C
20
43
espace
S
, (virgule)
espace
43
Tableau 5 : Conversion de la valeur hexadécimale en chaîne de huit (08) bits.
Dans le codage, de la chaîne de bits des
tableaux « décodage » précédents, il faut prendre les
bits par groupe de sept en incluant les bits restants
de l’octet précédent et rajouter un zéro comme bit de
poids fort. Il ne reste ensuite qu’à recalculer les
valeurs hexadécimales qui correspondent à des
Pour le décodage, les opérations sont
inversées mais le principe est identique.
Il faut noter que les essais ont été faits au
Cameroun où le système téléphonique est à huit
chiffres. L’opérateur en cause ici est MTN
CAMEROON.
Enfin, on peut aussi reconnaître que ces
données nécessitent une mise en forme afin d’être
exploitables par l’utilisateur lambda.
VI. CONCLUSION
Dans ce travail, nous avons apporté notre
contribution sur l’exploitation possible par le
système GSM des données de localisation fournies
par le récepteur GPS, dans le but d’agencer et
compléter les deux systèmes dans divers domaines
de la vie courante.
Après avoir conçu et réalisé le dispositif
interface, il nous a fallu concevoir le programme
source de pilotage du microcontrôleur et de
l’échange de données entre les deux systèmes.
L’étude et la réalisation de ce dispositif de
conversion des données nous ont permis de nous
rendre compte que les techniques de conversion et
de localisation sont en phase d’émergence.
Toutefois, de nombreux obstacles restent à résoudre
pour assister réellement à une avancée et
appropriation significative de ce type de système.
C’est vraisemblablement des résultats des
applications originales que dépendra le futur des
dispositifs similaires et de l’importance que leur
accorderaient les différentes parties prenantes.
L’analyse des progrès sans cesse croissants
de la science et de la technologie dans ce domaine
nous permet de relever l’importance d’une
localisation exacte et la conversion des données en
standard compréhensible de tous. Leur précision et
le potentiel de combinaison des deux technologies,
notamment dans le domaine de la gestion de flottes
0101100
00101100
2C
, (virgule)
caractères ASCII. Tous les huit (08) octets, un octet
vient se rajouter puisque le reste de l’octet précédent
a une longueur de sept (07). Donc le codage des
SMS inclut aussi une certaine forme de
compression.
ou de trafics, de sécurité des personnes et des biens
ainsi que le secours des personnes en danger sont à
prendre en compte dans son développement. Nous
pensons notamment à la sécurité urbaine avec le
grand banditisme et le récurrent problème des
« coupeurs de route », bandits de grands chemins,
dans les pays en voie de développement.
Ce travail pourrait être complété et orienté
vers les services basés sur la localisation de demain,
notamment A-GPS (Assisted Global Positionning
System) et CELL-ID (IDentification de La
CELLule).
Il faudrait lui adjoindre une autonomie
énergétique pour la recharge automatique de la
batterie du téléphone portable et du récepteur GPS,
ainsi que l’alimentation des différents circuits
électroniques. Ce à quoi nous nous attelons à travers
des micro panneaux solaires.
Nous envisageons aussi la programmation
du microcontrôleur de telle sorte que les données
élaborées soient affichées sur les écrans des
portables de manière compréhensible par tout
utilisateur.
Enfin, la combinaison GPS – GSM via
notre dispositif, permet de résoudre le problème
d’aveuglement d’un GPS à l’intérieur des abris ou
des zones d’ombre des GSM par rapport à un
opérateur donné.
BIBLIOGRAPHIE
[1] Bigonoff : « La programmation des PIC »,
disponible sur la page web à l’adresse
http://www.abc
électronique.com/bigonof/,
dernière consultation Avril 2006 ;
[2] Christesen, C.M, « The Innotor’s Dilemma : when
new technologies causes greats firms to fail »,
Havard business school press, 1997 ;
[3] David Rey, « Interface GSM : Montage pour
Téléphone portable », Edition Technique et
Scientifique Françaises (ETSF). Mai 2004 ;
[4] Denis L. « GPS et DGPS simplifiés. Pêche et
Océan Canada, Garde Côtière », 2000 ;
10
ISSN 1029 - 2225
[5] Jean Pierre Carrou, « Mécanique spatiale tome I »,
ouvrage du CNES, Cépaduès éditions, 1995 ;
[6] Michel Tchotsoua, « Cours de Télédétection en
cartographie et en informatique » Faculté des arts
lettres et sciences humaines de l’Université de
Ngaoundéré, 2005 ;
[7] Microchip, « Datasheet des PIC de la famille
16F876 »,
disponible
sur
le
site
www.microchip.com , dernière consultation avril
2006 ;
[8] Millman – Halkias « Integrated Electronics,
Analog and Digital circuits and systems », Mc
Graw – Hill Koghkusha, International student
edition 1972 ;
[9] Poi Loontang, Clarence W. De Silva,
« Compensation for Transmission Delays in an
Ethernet – Based Control Network Using Variable
– Horizon Predictive Control», IEEE Transactions
on Control Systems Technology, Vol. 14, N°.4,
July 2006 ;
[10] Guy Pujolle « Les Réseaux », Eyrolles, 1996 ;
[11] Roger L. Tokheim : « les microprocesseurs,
Tome 1», Série Schaum 2è édition 1984 ;
[12] Roger L. Tokheim : « les microprocesseurs,
Tome 2», Série Schaum 2è édition 1984 ;
[13] Sites Web, dernières consultations, mai 2006 :
- http://www.dreamfabric.com/sms/ ;
- http://www.électronique-magazine.com.(mars2006);
- http://www.ericsson.com ;
- http://www.etsi.org ;
- http://www.europesatellite.com/gps/suivi/suivi:htm ;
- http://www.garmin.ch ;
- http://www.gspy.com ;
- http://www.localisation/gps/espace.
11

Full text - Université de Douala

Transcription

Documents pareils

Fabrication de chaussons en peau de mouton biologique

Serveur de vidéosurveillance mobile Transmission temps reel GSM

ARA. PL Nord . Pas de Calais Horaires

Fiche technique GPS GPS Magellan EXPLORIST 600 XL

Bluetooth(R) SPORTS GEAR STB-1000 - CASIO

a vendre un gps,et un cinch. (grigri.) - CAS Chaux-de

Comment choisir ? sa montre GPS

GH 3000 - Geo

GPS LORENZ COMPACT 8 SUN COLOR AUTRES

Alarme satelittaire