CH693835A5 - Procédé de gestion de titres de transport électroniques et installation pour sa mise en oeuvre. - Google Patents

Description

La présente invention concerne un procédé de traitement de données entre un dispositif maître et une pluralité de dispositifs esclaves ainsi qu'une installation pour sa mise en oeuvre. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de gestion automatique de titres de transport électroniques qui permet de valider et de contrôler les titres de transport électroniques portés par les usagers, sans que ces derniers n'aient à effectuer une quelconque opération.

De nombreuses applications comme le contrôle d'accès de personnes à des installations ou le comptage de produits, utilisent des dispositifs électroniques connus sous le nom de cartes à puces sans contact, de "tags" ou de "transponders".

Ces dispositifs, qui peuvent être dépourvus de source d'énergie interne, comprennent généralement au moins un circuit d'interface couplé à une antenne et une mémoire programmable. Ils peuvent en outre comporter un microprocesseur et/ou d'autres circuits électroniques aptes à traiter et à transmettre les informations contenues dans leur mémoire. Ils sont portés par leur détenteur ou par l'objet à contrôler et servent, selon les cas, de clé d'accès à une installation, de mémoire à accès automatique permettant la restitution ou la modification de données préenregistrées ou de mémoire de données variables telles que des unités tarifaires pour des droits prépayés ou post payés.

Ces dispositifs esclaves sont utilisés avec un dispositif électronique maître (émetteur/lecteur) comprenant les composants électroniques nécessaires à la génération, à la mise en forme et à l'émission d'une porteuse modulée portant un signal codé.

Lorsqu'un dispositif esclave est situé dans le champ alternatif radiant émis par un dispositif maître, son antenne peut extraire du champ alternatif (porteuse) l'énergie nécessaire à l'alimentation temporaire d'une partie au moins de ses circuits électroniques. Ces circuits établissent subséquemment un dialogue avec le dispositif maître selon un protocole préétabli.

Lorsque les dispositifs esclaves sont dépourvus de source d'énergie propre, on est confronté à certaines restrictions inhérentes à cette technologie. En particulier, la distance utile de travail d'un dispositif esclave est de l'ordre d'un mètre, la fiabilité est fortement dépendante de l'environnement externe et de l'orientation respective des antennes, en effet le taux de détection ou de transactions valides diminue fortement en présence d'interférences, comme des perturbations électromagnétiques par exemple. En outre, cette technologie implique de "canaliser" les usagers ou les marchandises à contrôler à travers un portique afin de s'assurer que la contrainte de distance est respectée.

Dans le cas de dispositifs esclaves munis d'une source d'énergie propre, il est possible de travailler à des fréquences beaucoup plus élevées (dans une plage comprise entre quelques Mégahertz et 5 Gigahertz) et donc d'augmenter considérablement la distance de travail entre un lecteur (dispositif maître) et une pluralité de dispositifs esclaves. Les systèmes connus permettent de travailler à une distance de l'ordre de quelques dizaines de mètres. Il n'est toutefois pas possible avec cette technologie de faire varier facilement la distance à laquelle on peut établir une liaison avec un dispositif esclave. De ce fait, cette technologie n'a pas été utilisée pour le contrôle de passagers empruntant des transports publics de masse comme le chemin de fer ou les transports publics urbains par exemple. Si l'on utilise une technologie à haute fréquence comme décrite précédemment, on s'expose à des difficultés de traitement des données dans la mesure où l'on ne pourra pas facilement discriminer les porteurs d'un titre de transport électronique qui entrent ou sortent du véhicule de ceux qui sont simplement en attente sur le quai d'embarquement.

Par ailleurs, les dispositifs esclaves haute fréquence posent également des problèmes au niveau de leur consommation d'énergie lorsqu'ils sont actifs en permanence.

Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus et de permettre, grâce une combinaison des technologies haute et basse fréquence, l'établissement d'une transmission de données cohérente entre un dispositif maître ou lecteur et une pluralité de dispositifs esclaves portés par des usagers. Grâce à ce procédé et à l'installation permettant sa mise en oeuvre, la validité d'un titre de transport électronique peut être vérifiée durant le trajet. Toute autre transaction entre un ou plusieurs dispositifs esclaves et le lecteur/émetteur est également envisageable. Un autre but de l'invention est de réduire la consommation d'énergie des dispositifs esclaves en optimisant les périodes de temps durant lesquelles ces derniers doivent être actifs.

Ce but est atteint grâce à un procédé de traitement des données entre un dispositif maître et une pluralité de dispositifs esclaves ainsi qu'une installation de traitement de données pour la mise en oeuvre du procédé qui se distinguent par les caractéristiques énumérées aux revendications 1 et 4.

L'avantage principal d'un tel procédé est de pouvoir utiliser une technologie haute fréquence éprouvée, en combinaison avec une technologie basse fréquence qui améliore la fiabilité du système en effectuant un pré-traitement des informations et de réduire la consommation énergétique des dispositifs esclaves.

D'autres avantages ressortent des caractéristiques énumérées dans les revendications dépendantes et de la description qui suit, et des dessins qui représentent schématiquement et à titre d'exemple une installation de traitement de données selon l'invention.

La fig. 1 est une vue schématique des composants nécessaires à la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention.

Le procédé et l'installation de traitement de données objets de la présente invention vont maintenant être décrits en référence à un exemple dans le domaine du transport ferroviaire, mais peuvent être extrapolés à d'autres domaines sans sortir du cadre de l'invention telle que revendiquée.

Prenons à titre d'exemple un titre de transport électronique, réalisé sous forme d'un dispositif muni d'une source d'énergie et comprenant les circuits électroniques nécessaires au stockage et à l'échange bidirectionnel de données avec un dispositif maître ou lecteur. Le dispositif maître ou lecteur/émetteur comporte les composants électroniques connus nécessaires à la génération, à la mise en forme et à l'émission d'une porteuse modulée portant un signal codé ainsi que des moyens de stockage, de traitement et de transmission des données, ceci aussi bien en haute fréquence qu'en basse fréquence. Lorsque le dispositif maître est activé, un échange de données est possible entre le dispositif maître et un ou plusieurs dispositifs esclaves se trouvant dans le champ radiant émis par le lecteur.

La nature de la transaction à effectuer entre le lecteur et les dispositifs esclaves n'est pas significative. Il peut s'agir par exemple d'une transaction simple telle que le comptage du nombre de passagers dans un wagon dans un but statistique ou de trans-actions plus complexes nécessitant une pluralité de dialogues entre le lecteur et le dispositif esclave et impliquant des opérations de lecture et d'écriture dans la mémoire du dispositif esclave. Dans le cas d'un titre de transport électronique à pré-paiement, il est possible de décrémenter un certain nombre d'unités tarifaires préalablement mémorisées dans le dispositif esclave en fonction du trajet effectué.

Dans la description qui suit, les dispositifs esclaves seront dénommés tags et le dispositif maître sera référencé sous l'appellation lecteur.

Le problème réside dans le fait de pouvoir discriminer les tags avec lesquels il est nécessaire d'établir une transaction. En utilisant une technologie à haute fréquence avec des tags munis d'une source d'énergie et donc la possibilité d'établir un dialogue entre le lecteur et le ou les tags à une distance de l'ordre de 20 mètres, on ne peut effectuer de trans-actions fiables lorsque le véhicule est à l'arrêt dans la zone d'embarquement. En effet, l'activation du lecteur à cet instant peut conduire à activer et à dialoguer avec des tags situés à proximité du véhicule sans que l'intention de leur propriétaire ne soit d'utiliser effectivement le moyen de transport.

Pour résoudre ce problème, on impose comme contrainte au système qu'une transaction initiée par le dispositif maître ne peut avoir lieu que lorsque le véhicule est en mouvement et dans une zone choisie arbitrairement, mais de manière à minimiser les effets perturbateurs provoqués par des tag involontairement atteints par le champ radio fréquence. On exclut de ce fait le traitement de tags situés à proximité du véhicule et qui n'ont pas l'intention de l'utiliser. Cette solution a été proposée dans la demande internationale publiée sous le N<o> W000/67208 au nom du demandeur. Le procédé décrit dans cette demande est parfaitement adapté lorsqu'il s'agit d'effectuer des transactions simples entre le lecteur embarqué dans le véhicule et les tags portés par les utilisateurs. Par exemple lorsque l'on désire établir des statistiques sur le nombre de voyageurs utilisant le moyen de transport. En revanche, lorsque l'on souhaite vérifier la présence et la validité d'un tag servant de titre de transport, il est souhaitable d'effectuer un pré-traitement des données avant de consolider les données lors du trajet. A cet effet, les tags actifs proposés sont pourvus à la fois des composants nécessaires pour établir un dialogue avec le lecteur selon une technologie haute fréquence et des composants nécessaires pour établir un dialogue avec un lecteur utilisant une technologie basse fréquence.

Pour faciliter la description du procédé objet de l'invention, on se référera à la figure 1 qui illustre schématiquement les composants permettant sa mise en oeuvre.

La fig. 1 illustre les équipements installés dans un véhicule comme un wagon de chemin de fer par exemple. Un lecteur 1 embarqué dans le wagon comprend les composants traditionnels d'un tel dispositif. En particulier un module d'alimentation 2, une unité de calcul ou processeur 3, un bus de communication 4 reliant les antennes haute fréquence 8 équipant l'habitacle du wagon et les antennes basse fréquence 9 installées sur les portes du véhicule. Il comporte encore un module de communication 5 permettant le transfert de données bidirectionnellement vers un ordinateur central 11 qui peut être embarqué dans le véhicule ou non. Enfin le lecteur est pourvu d'une mémoire 6 qui sera de préférence non volatile et d'une interface utilisateur 7 permettant l'affichage et la saisie de données.

Le module d'alimentation 2 fournit l'énergie nécessaire au fonctionnement des antennes hautes fréquence 8, 8' installées dans le wagon ainsi qu'aux antennes basse fréquence 9 installées à proximité immédiate des portes du véhicule. Les différentes antennes haute et basse fréquence 8, 8', 9 sont reliées au lecteur par l'intermédiaire d'un canal de communication qui utilisera de préférence une technologie à fibre optique pour se mettre à l'abri des perturbations électromagnétiques. On a représenté, à titre d'exemple, deux antennes haute fréquence 8 qui sont installées de préférence dans le plafond du wagon. Selon la taille de ce dernier on pourra en prévoir un nombre plus important. Les portes du wagon sont équipées d'une double antenne, l'une basse fréquence 9 et l'autre haute fréquence 8'.

Les tags 10 constituant les titres de transport à traiter comprennent également les moyens nécessaires pour effectuer un traitement d'informations adéquat. Ils comportent au moins les composants suivants: Une source d'énergie comme une pile ou un accumulateur, un processeur, une mémoire non volatile ainsi que les composants nécessaires à la transmission bidirectionnelle de données, en particulier une interface de communication reliée à une antenne haute fréquence et à une antenne basse fréquence.

Les tags 10 ont plusieurs modes de fonctionnement. Un premier état de veille dans lequel le tag est à l'écoute d'un champ radiant basse fréquence. Ce mode de veille ne consomme que peu d'énergie. Dans un second mode, le tag est actif et peut émettre et recevoir des données transmises par un lecteur haute fréquence. Il est souhaitable que ce mode de travail ne soit utilisé que lorsque cela est nécessaire dans le but de prolonger la durée de vie de ces dispositifs.

Le passage d'un mode à l'autre est réalisé par l'envoi d'une trame de commande spécifique par le lecteur, aussi bien en basse fréquence qu'en haute fréquence.

Pour réaliser une gestion performante des titres de transport de façon automatique, il est nécessaire de connaître avec certitude quels sont les tags utilisant réellement le véhicule ainsi que des informations relatives au trajet qu'ils vont effectuer. Ceci exclut d'établir un dialogue haute fréquence lorsque le véhicule est à l'arrêt dans une zone d'embarquement. En effet, cette émission haute fréquence aurait pour conséquence d'activer des tags se trouvant sur le quai d'embarquement ou à proximité du véhicule sans pour autant être sur qu'ils vont emprunter le moyen de transport. Si l'on se contente de vérifier la présence de tags dans le véhicule, seulement lorsque ce dernier est en mouvement et dans des zones propices, c'est-à-dire dans des zones ou l'on ne risque pas d'établir un dialogue avec des tags qui ne sont pas effectivement dans le véhicule, on est confronté à des problèmes de fiabilité. Ceci est spécialement vrai lorsque le trajet entre deux stations est court comme dans le cas d'un métro par exemple. Le temps à disposition pour effectuer les transactions nécessaires entre le lecteur et les tags présents est en effet trop court pour garantir la fiabilité des transactions.

Pour résoudre ce problème, le procédé objet de l'invention effectue un marquage préalable sélectif des tags entrant dans le véhicule.

On part de l'hypothèse suivante: le véhicule est à l'arrêt dans une zone d'embarquement, l'émission haute fréquence du lecteur étant désactivée.

Au moment de l'ouverture des portes du véhicule, le lecteur active les antennes basse fréquence 9 situées au niveau des portes d'accès du véhicule. Le champ radiant émis par l'antenne basse fréquence du lecteur est localisé aux abords immédiats de la porte d'accès concernée et sa portée n'excède pas un mètre environ. La partie haute fréquence du lecteur 1 est en mode réception uniquement, ce qui ne perturbe pas les tags situés sur le quai d'embarquement.

Lorsqu'un tag passe la porte, et de ce fait entre dans le champ du lecteur basse fréquence, son antenne basse fréquence détecte le signal et active le tag. Le lecteur émet en continu, en basse fréquence, une trame de données porteuse de différentes informations. Le tag sauvegarde ces informations dans une mémoire interne au moment de son passage dans le champ du lecteur basse fréquence. La trame émise par le lecteur basse fréquence comprend différentes informations. En premier lieu, une information temporelle correspondant à l'instant de passage du tag à travers la porte. De préférence, on choisira une résolution élevée, de l'ordre du millième de seconde, pour les informations temporelles, de manière à ce que même dans le cas où plusieurs tags passent par la porte pratiquement au même instant, chaque tag sauvegarde une donnée temporelle différente. En cas de simultanéité vraie de passage, seul un nombre restreint de tags entrant auront la même information temporelle. La trame émise par le lecteur en basse fréquence comporte encore des informations relatives au lieu géographique dans lequel se trouve le véhicule à l'arrêt. Dans le cas d'un train ou d'un métro, ces informations seront constituées d'un identifiant correspondant au nom de la gare ou de la station dans laquelle se trouve le véhicule. Enfin une troisième information relative à la porte d'accès du véhicule, dans le cas où ce dernier en comporte plusieurs, est sauvegardée par le tag. Si la nature des transactions à effectuer l'exige, d'autres informations peuvent être transmises et mémorisées dans les tags lors de leur accès au véhicule.

Dès qu'un tag entrant a sauvegardé les informations transmises par l'antenne basse fréquence 9 du lecteur 1, il active ses circuits de réception haute fréquence. Si le tag ne détermine pas d'activité dans cette zone de fréquence, par exemple en monitorant la sortie de son démodulateur, il transmet immédiatement en haute fréquence une trame d'identification qui comprend les informations préalablement sauvegardées, lors de son marquage basse fréquence, ainsi que son numéro de série unique. Si le tag détermine que des transmissions sont en cours, il attend durant une période aléatoire, puis vérifie à nouveau s'il peut émettre sa trame d'identification.

L'antenne haute fréquence 8' située au niveau de la porte du véhicule détecte cette trame d'identification et la transmet au lecteur 1 qui sauvegarde les informations reçues dans sa mémoire non volatile 6.

Lorsque plusieurs tags entrent simultanément ou quasi simultanément dans le wagon, ils risquent d'émettre leur trame d'identification haute fréquence en même temps et ainsi provoquer des collisions. Ce problème est résolu par la mise en oeuvre d'algorithmes connus permettant soit de gérer des accès concurrents entre un lecteur et une pluralité de tags, soit de détecter des collisions et de prendre les mesures nécessaires pour garantir une transmission de données cohérentes.

Après avoir émis sa trame d'identification, le tag entrant cesse toute émission et retourne dans un état de veille, consommant peu d'énergie.

Grâce à l'utilisation des deux technologies, haute et basse fréquence, on réalise de substantielles économies d'énergie au niveau du tag, ce dernier étant inactif, et donc ne consommant pas d'énergie, jusqu'à son passage à proximité du champ radiant émis par l'antenne basse fréquence 9 du lecteur 1. D'autre part, les informations sauvegardées dans le tag 10 lors de son entrée dans le véhicule, en combinaison avec son numéro d'identification unique facilitent grandement la gestion subséquente comme expliqué ci-dessous.

Le véhicule ferme ensuite ses portes et démarre. A cet instant, le lecteur basse fréquence est désactivé puisque aucun autre tag ne peut monter dans le véhicule. On peut prévoir à cet effet un asservissement du lecteur 1 à la commande d'ouverture/fermeture des portes par exemple. Lorsque le véhicule a atteint une vitesse suffisante ou que l'ordinateur central 11 lui indique qu'il se trouve dans une zone propice pour effectuer un transfert d'informations à haute fréquence, le lecteur haute fréquence procède à une vérification de tous les tags présents dans le véhicule. Grâce aux informations préalablement enregistrées dans le tag et à celles figurant déjà dans la mémoire du lecteur, le lecteur haute fréquence peut adresser des trames et procéder à des échanges d'informations avec tous les tags présents ou seulement avec une partie d'entre eux selon certains critères. Le lecteur peut en effet décider de ne dialoguer qu'avec les tags entrés à une station déterminée ou dans une tranche horaire définie. Les opérations effectuées en haute fréquence sont alors considérablement simplifiées, puisque le lecteur a déjà connaissance des tags entrés dans le véhicule lorsque ces derniers se sont inscrits. Les transactions haute fréquence sont ainsi réduites en durée et en complexité.

Il suffit en effet d'interroger les tags présents dans le véhicule et de comparer les données transmises par les tags avec celles sauvegardées lors de l'entrée des tags dans le véhicule. En cas d'adéquation, le lecteur haute fréquence peut envoyer une commande d'inhibition aux tags trouvés afin que ces derniers consomment moins d'énergie.

Chaque tag possédant un numéro de série unique, le lecteur haute fréquence peut également adresser une commande ou initier une transaction avec un tag spécifique ou un groupe de tags déterminés. Grâce au marquage des tags au moment de leur entrée dans le véhicule, on peut également facilement gérer le cas dans lequel un tag entre, puis sort du véhicule, avant la fermeture des portes. En effet, ce tag est considéré comme utilisant le véhicule puisqu'il s'est inscrit lors de son passage devant l'antenne basse fréquence 9 située au niveau de la porte. La validation de la présence de ce tag ne s'effectue qu'à posteriori lors des échanges haute fréquence, le véhicule étant en marche. Le lecteur peut alors facilement détecter que le tag n'est plus présent dans le véhicule, puisque ce dernier ne répondra pas à une trame de commande comportant son identifiant unique par exemple.

Toute la gestion des transactions relatives à la validation ou à la facturation d'un élément de trajet d'un tag empruntant le véhicule est simplifiée par l'inscription préalable du tag.

Les opérations d'interrogation et de consolidation des données en haute fréquence peuvent être effectuées plusieurs fois lorsque le véhicule se déplace, augmentant ainsi la fiabilité des données traitées.

En ce qui concerne les plages de fréquences utilisées par le lecteur lorsqu'il émet en haute fréquence, on choisira de préférence une plage de fréquences qui ne soit pas trop absorbée par l'eau, qui reste confinée à une dizaine de mètres et qui tolère, dans l'espace du wagon, les phénomènes de réflexion. Une fréquence de 433 MHz est particulièrement bien adaptée à ce genre d'application.

Claims (6)

1. Procédé de gestion de titres de transport électroniques ci-après dénommés tags (10) portés par des utilisateurs d'un véhicule, caractérisé par le fait que l'on inscrit dans chaque tag (10) entrant dans le véhicule une série d'informations, à l'aide d'un lecteur basse fréquence (9) situé aux abords immédiats de la porte d'accès du véhicule, puis que chaque tag (10) ainsi marqué émet en haute fréquence une trame d'identification comprenant un identifiant unique propre au tag (10) et les informations préalablement inscrites dans le tag (10); par le fait que les informations transmises par les tags (10) dans leurs trames d'identification sont sauvegardées dans la mémoire d'un lecteur (1) embarqué dans le véhicule et par le fait que ces informations sont ensuite comparées avec les informations obtenues lors d'échanges de données en haute fréquence entre le lecteur et une pluralité de tags (10) présents dans le véhicule, ces échanges de données étant réalisés lorsque le véhicule est en mouvement.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les informations inscrites dans les tags (10) entrant sont constituées d'une information temporelle correspondant à l'instant auquel le tag (10) entre dans le champ du lecteur et par des informations géographiques permettant d'identifier la porte d'accès du véhicule ainsi que la gare ou station dans laquelle il se trouve au moment de la transaction.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que lors des dialogues haute fréquence durant la marche du véhicule, le lecteur adresse des commandes sélectives à un ou plusieurs tags (10) préalablement inscrits.

4. Installation de gestion de titres de transport électroniques destinée à équiper un véhicule pour la mise en oeuvre du procédé de gestion selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'elle comporte un lecteur/émetteur (1) comprenant les composants nécessaires à la transmission bi-directionnelle de données en haute fréquence et en basse fréquence avec une pluralité de tags (10); et par le fait qu'elle comporte au moins une antenne basse fréquence (9) située au niveau des voies d'accès du véhicule et au moins une antenne haute fréquence (8,8') dont le champ d'action couvre l'espace intérieur du véhicule.

5. Installation selon la revendication 4, caractérisée par le fait que chaque porte d'accès au véhicule est équipée d'une antenne basse fréquence (9) et d'une antenne haute fréquence (8') reliées au lecteur (1) embarqué dans le véhicule.

6. Installation selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée par le fait que l'activation de l'antenne basse fréquence est asservie à la commande d'ouverture des portes du véhicule.