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Master HES-SO

Projets d'étudiants

Projets LoRa pour le SmartCanton de Genève

Étudiant : David Da Silva Andrade

Superviseur : Prof. Fabien Vannel 
Formation : HES-SO Master of Science in Engineering, major in Information and Communication Technologies, specialized in Embedded and Mobile Systems.

Collaboration : Direction Générale des Systèmes d'Information de la Ville et du Canton de Genève (DGSI)

Durée du projet : septembre 2017 - février 2018

Description

Le projet avait pour but de créer une carte électronique pouvant être utilisée pour divers tests de développement d'un réseau LoRaWAN. L'infrastructure de ce réseau a été mise en place sous forme d'un proof of concept (poc), via un projet nommé SmartCanton avancé par la ville et le canton de Genève. Le but de ce réseau est d'offrir une plateforme utilisable par les citoyens et les entreprises autour de Genève tout en garantissant une sécurité accrue des données.

Dans le cadre de ce projet, une carte électronique a donc été développée afin de répondre à plusieurs critères définis par des use cases souhaités par la DGSI. Ces use cases ont influencé le choix des technologies utilisées, des composants d'alimentation, la portabilité, les périphériques, etc. Cette carte est équipée de deux types d'interfaces de communication sans fil. Un module LoRa avec une implémentation du protocole LoRaWAN, ainsi qu'un circuit intégré supportant les liaisons Bluetooth Low Energy et IEEE 802.15.4. Cette carte a été dénommée SmartCanton DevBox.

Pour pouvoir changer les clés utilisées par la spécification LoRaWAN, une application Android doit être développée. Celle-ci se connecte en Bluetooth Low Energy sur la carte électronique pour récupérer les données de certains capteurs, mais surtout afin de pouvoir modifier les informations du réseau LoRaWAN sur lequel la carte se connecte. En parallèle, un serveur exposant une API REST doit offrir la possibilité de gérer des utilisateurs, ainsi que les divers périphériques LoRaWAN assignés à ceux-ci. L'application Android communique avec ce serveur pour authentifier ces utilisateurs et récupérer les diverses informations sur les SmartCanton DevBox connectées via Bluetooth.

Mots clés

  • LoRa / LoRaWAN

  • Bluetooth Low Energy

  • Out of the Band keys programming 

  • Embedded security

  • Application Android

  • SmartCanton Genève

  • Internet of Things

Collaboration

Ressources
Rapport
Présentation
 
Github 

Objectifs

Réalisation d’une carte électronique avec les caractéristiques suivantes :

  • Alimentation possible à l’aide d’une batterie;

  • Possibilité de connexion d’un panneau solaire;

  • Composants basse consommation;

  • Possibilité d’ajouter des extensions via un connecteur PMOD;

  • Capteur de qualité de l’air;

  • Plateforme inertielle 9 axes;

  • GPS;

  • Microcontrôleur Bluetooth Low Energy et IEEE 802.15.4;

  • Programmation sur la base d’un FreeRTOS;

  • Modulation LoRa avec coprocesseur pour la stack LoRaWAN.

Réalisation d’une application Android et un serveur pour la gestion des clés LoRaWAN et leur déploiement sur des dispositifs à l’aide de la technologie Bluetooth Low Energy.

Le code développé dans ce projet s'est voulu modulaire pour faciliter la réutilisation de la carte notamment pour divers projets pédagogiques au sein d'hepia. Les professeurs pourront ainsi proposer des travaux aux étudiants sur la thématique du LoRa ou du Bluetooth. La documentation fournie dans ce rapport, de même que celle sur le dépôt Git facilitera l'utilisation de la carte.

 

Résultats et conclusion

La carte électronique a pu être achevée et s'est avérée parfaitement opérationnelle, tous les capteurs intégrés ayant pu être testés et validés. Deux exemplaires de cette carte ont été montés et utilisés pour la réalisation du présent travail de Master. Un dashboard - créé au moyen de la plateforme Cayenne de MyDevices - a été mis en place en guise de démonstrateur; toutes les données des capteurs sont visibles sur ce dernier, de même que les actuateurs permettant d'altérer l'état des périphériques ou les paramètres de la carte électronique.

L'interface Bluetooth Low Energy est utilisable aussi bien pour l'approvisionnement des paramètres LoRaWAN, que pour la récupération des données des divers capteurs de la carte DevBox. L'interface Bluetooth présente un avantage pour la récupération du flux de données en local. Par exemple, lorsqu'un opérateur doit consulter l'état du capteur, il peut récupérer les données en direct sans nécessiter l'attente d'une émission d'un paquet LoRaWAN. La méthode utilisée pour l'approvisionnement des clés pourrait être imposée sur des périphériques à risque, sur lesquels on souhaite pouvoir modifier ou consulter les données une fois le périphérique installé sur le terrain.