Standardiser les réseaux sans fil : un enjeu crucial pour la gestion de crise

Port de Koper, Slovénie : « Un container chute ! Présente-t-il un danger ? Risque-t-on une fuite ? Avant d’envoyer les équipes de secours, il convient d’évaluer la situation pour ne pas les mettre en danger », explique Carol Habib, chercheuse au sein de l’équipe-projet FUN (Centre Inria de l’Université de Lille). Ce scénario a été imaginé dans le cadre du projet européen NEPHELE. L’objectif ? Démontrer qu’il est possible de mettre en place un réseau de capteurs, robots et drones, afin de cartographier la zone à risque et faciliter le travail des secours en temps réel. Pour que le cas d’usage soit le plus réaliste possible, le personnel de sécurité du port de Koper a testé les technologies développées par les partenaires de NEPHELE.

« Notre rôle a été clé, sachant que les recherches de FUN concernent l’organisation des communications sans fil dans des conditions hostiles, en utilisant différents protocoles », souligne Nathalie Mitton, responsable de l’équipe. « Nous œuvrons sur le déploiement dynamique et adaptatif de réseaux, là où la connectivité est inexistante ou non fiable. »

Du cloud aux objets connectés

Lancé en septembre 2022 dans le cadre du programme Horizon Europe, NEPHELE a été coordonné par l’université polytechnique nationale d’Athènes (NTUA). Il réunissait 17 partenaires académiques et industriels. Sa finalité : créer une architecture efficace, fiable et sécurisée pour une plateforme d’applications « hyperdistribuées », fonctionnant à tous les niveaux, du cloud aux objets connectés, en passant par les plateformes locales – ce que l’on appelle « edge computing ».

L’implication de FUN a été multiple. L’équipe a d’abord contribué au pilotage de l’architecture de la plateforme. Puis elle a mis en œuvre l’un des quatre cas d’usage du projet : la démonstration dans le port de Koper visant à déployer un réseau de communications à la suite d’un incident grave pour assister les secours. Cette mission a été réalisée en collaboration avec la ZHAW (Zurich University of Applied Sciences).

Maintenir le réseau à tout prix

Qu’a apporté le scénario de crise du port de Koper ? Il a permis de relever plusieurs défis technologiques. Le premier : « Développer des solutions logicielles interopérables et adaptées à toutes sortes d’objets connectés (robots, drones et réseaux de capteurs sans fil), indique Carol Habib. Ces objets sont hétérogènes, mais il faut qu’ils parlent d’une même voix en suivant un standard commun. » 

Le second défi, tout aussi complexe : maintenir la communication à l’intérieur du réseau, même lorsque les infrastructures étaient instables dans le contexte imaginé. Troisième défi : créer un système facile à déployer, en quelques clics, où tout le monde peut interopérer.   
Concrètement, plusieurs étapes ont été nécessaires. Tout a commencé par la mise au point de petits capteurs destinés à mesurer température, humidité, mouvements. Ces capteurs communiquent entre eux et font remonter leurs informations. Là encore, l’équipe a relevé plusieurs challenges : la collecte et le transport des données jusqu’à un routeur central à proximité, leur traitement et enfin leur transmission aux premiers secours.

« La seconde étape a été réalisée par la ZHAW, précise Alexandre Veremme, ingénieur de recherche. Nos collègues suisses ont travaillé sur la possibilité de tracer une cartographie en trois dimensions. » Ceux-ci ont conçu un drone aérien pour survoler la zone de l’accident, faire une reconnaissance 3D et traiter les images. Grâce à cette carte, un robot roulant de 100 kg muni d’un bras mécanisé a exploré le port pour déposer intelligemment les capteurs développés par l’équipe Inria. 

Enfin, FUN a développé des applications web pour que les secours puissent lancer le drone, piloter le robot, poser les capteurs et récupérer les mesures en temps réel, tout en visualisant la cartographie de la zone.

La standardisation du réseau grâce à un objet virtuel

Au cœur de cette démonstration, la question de l’interopérabilité s’est révélée capitale. Comment faire communiquer des petits capteurs, un robot complexe et des applications web qui utilisent des protocoles différents ? Comment les faire collaborer sans connexion permanente ? La réponse passe par un cadre technologique unique et une standardisation. En effet, il convient de respecter un formalisme strict, mais tout en étant ouvert à travers une librairie logicielle open source dénommée VO-Stack. Cette brique technologique repose sur le standard W3C Web of Things (WoT).

L’innovation apportée par FUN réside notamment dans l’uniformisation des comportements des capteurs, du drone et du robot via la création de jumeaux numériques des objets physiques. Le but : manipuler les données de la même manière, que l’on s’adresse au robot de 100 kg ou à un capteur qui tient dans la main. Le système doit aussi être dynamique.

Le système fonctionne même hors connexion : les robots et drones sont capables d’évoluer sans Internet et les données sont stockées localement sur une passerelle physique. Dès que le lien est rétabli, le système synchronise les informations et reconstruit une chronologie complète pour informer les secours.

Une volonté de partager et de poursuivre

La volonté de partage constitue aussi l’un des fondements du projet NEPHELE. Ainsi, le code développé est disponible en open source, hébergé par la fondation Eclipse. Autre bénéfice, le projet a favorisé la diffusion des connaissances à travers des appels ouverts financés par l’Union européenne, permettant à des petites entreprises d’obtenir des fonds en utilisant les technologies conçues au sein de NEPHELE.

Pour Nathalie Mitton, la participation de FUN à ce projet européen s’est révélée particulièrement fructueuse : « elle nous a apporté de nouvelles collaborations scientifiques enrichissantes et nous a permis d’explorer un cas d’usage dans une situation de crise. Aujourd’hui, l’aventure se poursuit, en approfondissant certains acquis de NEPHELE, à travers le projet européen Unimaas auquel participe Carol Habib. L’enjeu, ici, sera d’être attentif à l’impact environnemental des réseaux. »