SEVA - Université Laval

Transcription

Surveillance environnementale des véhicules
automobiles (SEVA)
Rapport Final
présenté à
Pierre Tremblay et Robert Bergevin
par
Équipe 01 — Sæhrímnir
matricule
nom
signature
07 169 808
Alexandre Boily
07 149 016
Jonathan Desjardins
07 144 249
Mathieu Gallichand
07 312 333
Yannick Hold-Geoffroy
07 319 056
Miguel Larose
07 187 156
Maxime Mériouma-Caron
Université Laval
21 mars 2008
Historique des versions
version
#0
#1
#2
Finale
date
1 février 2008
8 février 2008
22 février 2008
21 mars 2008
15 avril 2008
description
Création du document
Problématique : Introduction et description (Chapitres 1 et 2)
Cahier des charges (Chapitres 3 et 4)
Concepts (Chapitre 5)
Rapport Final (Chapitres 6 et 7)
Table des matières
Table des figures
v
Liste des tableaux
vi
1 Introduction
1
2 Description
2
3 Objectifs
3
4 Cahier des charges
4.1 Durée de vie . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.1 Vieillissement . . . . . . . . . . . . . .
4.1.2 Secousses . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Stockage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1 Stockage global . . . . . . . . . . . . .
4.2.2 Stockage à bord du véhicule . . . . . .
4.2.3 Intégrité des données . . . . . . . . . .
4.3 Transmission efficace . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1 Connectibilité . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2 Bande passante . . . . . . . . . . . . .
4.3.3 Sécurité des informations . . . . . . . .
4.3.3.1 Chiffrement des données . . .
4.3.3.2 Authentification . . . . . . .
4.3.3.3 Coût monétaire . . . . . . . .
4.4 Efficacité du système . . . . . . . . . . . . . .
4.4.1 Alimentation électrique . . . . . . . . .
4.4.2 Masse . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.3 Vitesse de traitement dans les véhicules
4.4.4 Vitesse de traitement sur le serveur . .
4.5 Coûts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.1 Véhicules . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.2 Serveur . . . . . . . . . . . . . . . . .
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11
11
11
11
11
12
12
12
12
ii
TABLE DES MATIÈRES
4.6
4.5.3 Coût par transmission .
Convivialité . . . . . . . . . . .
4.6.1 Volume des composantes
4.6.2 Luminosité de l’affichage
4.6.3 Surface d’affichage . . .
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5 Concepts
5.1 Diagramme fonctionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Stockage global . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1 Disques Blu-ray et graveur LH-2B1S de Lite-on
5.2.2 Disques magnéto-optiques . . . . . . . . . . . .
5.2.3 Serveurs avec disques durs – RAID 1 . . . . . .
5.2.4 Disques durs et rubans magnétiques . . . . . . .
5.2.5 Serveurs avec disques durs – RAID 5 . . . . . .
5.3 Stockage sur véhicule . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.1 Disques durs Seagate série EE25 . . . . . . . .
5.3.2 Disque Flash IDE . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.3 Carte CompactFlash . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.4 Petit ruban magnétique . . . . . . . . . . . . .
5.4 Localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.1 Navman Jupiter 32 . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.2 NAVSYNC — CW46 . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.3 WD-G-ZX4120 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.4 Laipac UV40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.5 Ublox - NEO-4S . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5 Système de transmission (infrastructure) . . . . . . . .
5.5.1 Réseau cellulaire . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5.2 Bell WiMax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5.3 Radio amateur . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5.3.1 Utilisation de répéteurs radio (tours) .
5.5.3.2 Utilisation de répéteurs véhiculaires . .
5.5.3.3 Utilisation des satellites amateurs . . .
5.6 Système de transmission (véhicule) . . . . . . . . . . .
5.6.1 GM862-QUAD de Telit . . . . . . . . . . . . . .
5.6.2 HC25 de Siemens . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.7 Analyse et traitement des données des véhicules . . . .
5.7.1 Microcontrôleur 16 bit . . . . . . . . . . . . . .
5.7.2 SBC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.7.3 Microprocesseur 32 bits . . . . . . . . . . . . .
5.7.4 Ordinateur miniature . . . . . . . . . . . . . . .
5.8 Analyse et traitement des données du serveur . . . . .
5.8.1 Serveur Intel Xeon . . . . . . . . . . . . . . . .
5.8.2 SBC — Serveur . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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30
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iii
TABLE DES MATIÈRES
5.8.3 Ordinateur Central . . . . . . . . . . .
5.9 Sécurité des informations . . . . . . . . . . . .
5.9.1 Rapide 1 . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.9.2 Rapide 2 . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.9.3 Sécuritaire . . . . . . . . . . . . . . . .
5.10 Affichage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.10.1 Affichage de DEL à 7 segments . . . .
5.10.2 Écran LCD de voiture . . . . . . . . .
5.10.3 Écran de véhicule . . . . . . . . . . . .
5.10.4 WDS – Windshield Display System . .
5.11 Alimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.11.1 Alimentation par l’énergie de la voiture
5.11.2 Alimentation par batterie au lithium .
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7 Concept retenu
7.1 Matrice de décision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2 Concept retenu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
56
57
58
6 Étude préliminaire
6.1 Concept de solution 1 . . . .
6.1.1 Durée de vie . . . . .
6.1.2 Stockage . . . . . . .
6.1.3 Transmission efficace
6.1.4 Efficacité du système
6.1.5 Coûts . . . . . . . .
6.1.6 Convivialité . . . . .
6.2.1 Durée de vie . . . . .
6.2.2 Stockage . . . . . . .
6.2.5 Coûts . . . . . . . .
6.3.1 Durée de vie . . . . .
6.3.2 Stockage . . . . . . .
6.3.5 Coûts . . . . . . . .
6.4 Synthèse des résultats . . .
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TABLE DES MATIÈRES
iv
Bibliographie
60
A Technologies de stockage
65
B Technologies de positionnement
67
C Technologies de transmission
70
D Technologies de traitement des données
72
E Sécurité des données
74
F Liste des sigles et acronymes
75
Table des figures
3.1
Diagramme hiérarchique des objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
4.1
Maison de la qualité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
5.1
Diagramme fonctionnel global. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
B.1 NAVSYNC - CW46 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.2 WD-G-ZX4120 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67
67
C.1 Module cellulaire GM862-QUAD de Telit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
D.1 Types de topographie réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
72
v
Liste des tableaux
4.1
4.2
Sommaire des critères, de leur barèmes et de leurs extrêmums . . . . . . . .
Échelle qualitative pour l’intégrité des données . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
5.13
5.14
5.15
5.16
5.17
5.18
5.19
5.20
5.21
5.22
5.23
5.24
5.25
5.26
Étude de faisabilité du stockage global. . . . . . . . . . . . . . . .
Spécifications du Rackform iServ Q501 . . . . . . . . . . . . . . .
Spécifications HP StorageWorks MSL2024 AJ033A . . . . . . . .
Étude de faisabilité du stockage sur véhicule . . . . . . . . . . . .
Spécifications Smart Modular modèle SG9IDE1D128SMCI . . . .
Spécifications Transcend CompactFlash . . . . . . . . . . . . .
Étude de faisabilité sur les technologies de positionnement . . . .
Spécifications du Navman Jupiter 32 . . . . . . . . . . . . . . . .
Spécifications du Ublox - NEO-4S . . . . . . . . . . . . . . . . .
Étude de faisabilité sur les infrastructures de communication . . .
Étude de faisabilité sur la communication sur le véhicule . . . . .
Spécifications du GM862-QUAD de la compagnie Telit . . . . . .
Spécifications du HC25 de la compagnie Siemens . . . . . . . . . .
Étude de faisabilité pour l’analyse et le traitement sur le véhicule
Spécifications du PIC24HJ256GP610 . . . . . . . . . . . . . . . .
Spécifications du 6030, 386 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Spécifications du TINI2131 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Étude de faisabilité pour l’analyse et le traitement des serveurs . .
Spécifications du serveur Xeon d’Intel . . . . . . . . . . . . . . . .
Spécifications du SBC — Serveur . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Étude de faisabilité sur les méthodes cryptographiques . . . . . .
Étude de faisabilité sur l’affichage . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Caractéristiques de l’affichage de DEL à 7 segments . . . . . . . .
Spécifications de l’écran LCD T-51945GD065H-FW-ACn . . . . .
Étude de faisabilité sur l’alimentation électrique . . . . . . . . . .
Spécifications de la batterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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16
17
18
19
19
20
21
21
23
23
25
26
26
27
28
29
29
30
31
31
32
34
34
35
36
37
6.1
6.2
6.3
Sommaire des concepts de solutions pour l’étude préliminaire . . . . . . . . .
Détails techniques du chiffrement de flux Grain . . . . . . . . . . . . . . . .
Alimentation électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
41
42
vi
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6
9
vii
LISTE DES TABLEAUX
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
6.10
6.11
6.12
6.13
6.14
6.15
6.16
6.17
6.18
6.19
Synthèse de la masse des composantes du système .
Caractéristiques de l’unité de traitement du serveur
Synthèse du coût des composantes du système . . .
Volume des composantes du système . . . . . . . .
Alimentation électrique . . . . . . . . . . . . . . . .
Volume des composantes du système . . . . . . . .
Détails techniques du chiffrement de flux Rabbit . .
Alimentation électrique . . . . . . . . . . . . . . . .
Volume des pièces . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Synthèse des résultats . . . . . . . . . . . . . . . .
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43
43
44
45
47
47
48
48
49
50
52
52
53
53
54
55
7.1
Matrice de décision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
A.1
A.2
A.3
A.4
A.5
Spécifications
Spécifications
Spécifications
Spécifications
Spécifications
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65
65
65
66
66
B.1 Spécifications du NAVSYNC - CW46 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.2 Spécifications du WD-G-ZX4120 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.3 Spécifications du Laipac UV40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
68
68
69
C.1 Spécifications du réseau cellulaire Rogers . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C.2 Spécifications du Bell WiMax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C.3 Spécifications du système de radio amateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70
70
70
D.1 Spécifications pour le nano-ordinateur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
D.2 Spécifications pour l’ordinateur central M9000 de Sun. . . . . . . . . . . . .
73
73
E.1 Spécifications du concept « Rapide 1 » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
E.2 Spécifications du concept « Rapide 2 » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
E.3 Spécifications du concept « Sécuritaire » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
74
74
74
du LH-2B1S de Lite-on . . . . . .
du disque . . . . . . . . . . . . .
du cabinet SR-6042 . . . . . . . .
Rackform iServ Q501 sans RAID
Rackform iServ Q501 . . . . . . .
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Chapitre 1
Introduction
Avec les récentes recherches et découvertes sur le réchauffement planétaire, le Ministère
des Transports du Québec souhaite intervenir dans la lutte contre les gaz à effet de serre
(GES) et a donc élaboré un projet lui permettant d’obtenir des mesures concrètes : SEVA
(Surveillance Environnementale des Véhicules Automobiles). Ce projet consiste à surveiller
les émissions de GES de tous les véhicules motorisés immatriculés au Québec afin d’établir
le bilan carbone de chacun de ces véhicules et de cartographier chronologiquement leurs
émissions de GES. Le Ministère a décidé de confier la tâche de conception préliminaire d’un
tel système et d’évaluation de sa faisabilité à l’équipe Sæhrímnir.
Ce rapport vise à détailler la démarche réalisée par notre équipe au client. Ainsi, il est
constitué d’une brève description des besoins et restrictions établis par le client, d’une liste des
objectifs, d’un cahier des charges, de la liste des concepts envisagés et d’une étude préliminaire
portant sur chacun des concepts. Le rapport est terminé par le choix de la solution répondant
le mieux aux besoins et objectifs énoncés.
1
Chapitre 2
Description
Le mandat donné par le Ministère des Transports du Québec est de concevoir un système
embarqué qui sera installé à bord de tous les véhicules immatriculés du Québec. Ce système
doit permettre l’acquisition de données à partir de modules autonomes et en faire le stockage.
Il doit aussi avoir la capacité de transmettre ces données au Ministère. Les données en question
sont les quantités de GES émis (CO2 , CO et NOx ) et les coordonnées spatio-temporelles
du véhicule. Les informations recueillies par le Ministère lui permettront de construire une
banque de données qui lui servira à cartographier chronologiquement les émissions de GES
des véhicules. Le projet débutera en 2010 et doit avoir une durée de 10 ans. Pendant toute
la durée du projet, le Ministère se doit d’assurer la conservation et la confidentialité des
informations stockées. De plus, le Ministère désire obtenir une estimation des coûts pour
produire un prototype, pour le serveur, ainsi que pour la transmission des données.
Tel que mentionné plus haut, les données sont acquises de modules autonomes. Les émissions de gaz sont obtenus grâce à un senseur fourni par le Ministère et installé au niveau du
tuyau d’échappement. La localisation est obtenue à partir des trames GPRMC d’un module
GPS. Les données recueillies pour chaque kilomètre parcouru doivent être entreposées sur le
véhicule tant qu’il fonctionnera en plus d’être envoyées quotidiennement, dans la mesure du
possible, au Ministère des Transports. La solution doit aussi inclure un affichage permettant
d’informer le conducteur de ses émissions de gaz. De plus, l’ensemble du système doit pouvoir
résister au climat québecois, dans lequel les températures sont estimées allant de −40 ℃ à
85 ℃.
Du côté des locaux du Ministère, le projet nécessitera l’acquisition d’un serveur pour
pouvoir stocker, de façon sécuritaire, les informations qui lui sont transmises pour l’année
courante ainsi que pour la précédente. Le Ministère fournit le routeur pour la transmission
des informations par réseau. De plus, le système de transmission de données doit utiliser des
systèmes de communication commerciaux opérationnels en date du 1er janvier 2008.
2
Chapitre 3
Objectifs
Pour la réalisation du projet, nous avons défini une liste d’objectifs en fonction des besoins
et des restrictions énoncés par le client disponible au chapitre « Description » (chapitre 2).
Les objectifs sont ensuite subdivisés en sous-objectifs et hiérarchisés pour obtenir une vue
globale du projet. La hiérarchisation est présentée sous forme de diagramme à la figure 3.1.
1. Maximiser la durée de vie
(a) Maximiser la durabilité des pièces
(b) Maximiser la résistance des pièces
2. Transmettre efficacement les données
(a) Optimiser le nombre de transmission par jour afin d’éviter les engorgements
(b) Optimiser le volume de la transmission
(c) Assurer l’intégrité des données
(d) Assurer la sécurité des données
3. Assurer l’efficience du système
(a) Optimiser le traitement des données
(b) Optimiser la consommation électrique totale
(c) Minimiser le poids
(d) Assurer une alimentation électrique nécessaire
4. Minimiser les coûts
(a) Minimiser le prix total
(b) Favoriser l’utilisation d’équipement standard
(c) Minimiser le coût par transmission
5. Optimiser la convivialité
(a) Minimiser le volume
(b) Optimiser la lisibilité et la visibilité de l’affichage
(c) Simplifier l’utilisation du serveur
3
CHAPITRE 3. OBJECTIFS
Figure 3.1 – Diagramme hiérarchique des objectifs
4
Chapitre 4
Cahier des charges
Au tableau 4.1 se trouve la description sommaire de la pondération relative des critères de
ce projet, ainsi que leur barème d’évaluation et leurs extrémums. Par la suite il y a la maison
de la qualité à la figure 4.1, mettant en liens clairs et ordonnés les objectifs que nous avons
définis avec les critères. Ceux-ci sont limités par certaines restrictions lorsqu’applicable. La
maison de la qualité montre que les critères couvrent tous les objectifs.
4.1
Durée de vie
La section sur la durée de vie a été attribué une pondération de 10 % car il s’agit d’un
critère assez important pour le projet vu les demandes claires du client sur ce point. Le concept
doit pouvoir fonctionner un minimum de 10 ans tout en visant la plus grande autonomie de
maintenance possible.
4.1.1
Vieillissement
Le vieillissement est une restriction telle qu’imposée par le client. Chaque solution trouvée
aura une note de 10 % supplémentaires, à partir de zéro, par année excédant le minimum.
4.1.2
Secousses
L’utilisation de la solution se fera à bord d’un véhicule roulant. Ce type de voyagement
procure de nombreuses secousses et chocs à ses occupants ainsi qu’au matériel de bord. Les
amortisseurs peuvent générer un délai considérable à l’accélération produite par un choc,
mais ne la rend pas négligeable. L’échelle se basera donc sur des temps de 10 millisecondes,
et la force du choc en G. Le système à étudier devra pouvoir supporter au minimum 4 G en
10 ms. Un système acceptable devra supporter 20 G en 10 ms. Les valeurs au dessus de 20 G
seront idéales.
5
6
CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES
Tableau 4.1 – Sommaire des critères, de leur barèmes et de leurs extrêmums
Critère d’évaluation
4.1 Durée de vie
Température
Vieillissement
Secousses
4.2 Stockage
Données locales
Données globales
Intégrité des données
4.3 Transmission efficace
Connectibilité
Bande passante
Cryptographie
Authentification
4.4 Efficacité du système
Alimentation électrique
Masse
Traitement véhicules
Traitement serveurs
4.5 Coûts
Véhicules
Serveurs
Par transmission
4.6 Convivialité
Volume composantes
Pond.
10 %
Luminosité affichage
3%
Surface d’affichage
3%
6%
4%
15 %
6%
5%
4%
35 %
9%
7%
12 %
7%
20 %
8%
4%
4%
4%
10 %
5%
2%
3%
10 %
4%
Barème
Min
Max
Restriction
10 % par année de plus
0,8
1
32 x − 10 pour 4<x<44, x en G
−40 °C
10 ans
4G
85 °C
–
–
1
10 Sv − 64, Sv ≤ 164, Sv en Mo
(Sg −82)
, 82 ≤ Sg ≤ 120, Sg en To
38
Échelle qualitative (tableau 4.2)
64 Mo
–
–
–
–
–
(0, 8/550)x − (4/11), x en conn./s
(1/28)x − 1, x en kbit/s
x/10, 0, 01 ≤ x ≤ 10 en Gbit/s
1/(1 + exp(x − 6)), x en allers
350
28 kbit/s
0, 01
1
–
–
–
–
−(y − 10)/0, 0009, y en W
100−4×P
, 0 ≤ P ≤ 25, P en kg
100
Paliers, t ∈ [0, 25] s
CP U
F SB
100 ×Cœurs×vit.×2 sin( 3332 π)
–
–
–
–
15 W
–
25 s
–
100/(100 + exp(0, 0044x)), x en $
30/(30 + exp(0, 000037x)), x en $
1 − C, C ≥ 1 : 0 %, C en $
–
–
–
2500$
250 000$
–
3
exp 10000−x
2156 /100 − 0, 01, en cm
cd
(0, 004x − 0, 2), x [50, 300] m
2
cd
(−0, 004x + 2, 2), x [300, 550] m
2
−(y − 200)/0, 019, x en cm2
50 cm3
cd
50 m
2
10 dm3
cd
550 m
2
10 cm2
200 cm2
√
Figure 4.1 – Maison de la qualité
7
4.2
8
Stockage
Nous attribuons une pondération de 15 % au stockage des données parce qu’il s’agit
d’une section importante et nécessaire au bon fonctionnement de l’ensemble du projet. Sans
le stokcage, le projet ne pourrait pas fonctionner.
4.2.1
Stockage global
Pour pouvoir évaluer la quantité de données globale qui devra être conservée, nous devons
d’abord évaluer le nombre de véhicules qui sera sur les routes du Québec en 2020, soit à la fin
du projet. Selon les statistiques de la SAAQ [1], la croissance annuelle moyenne des véhicules
est de 2,2 % depuis 1978 et il y avait en 2006 5402353 véhicules. Nous pouvons donc estimer
le nombre de véhicules en 2020 par l’équation suivante où v est le nombre de véhicules et a
le nombre d’années depuis 2006 :
v = 5402353 · 1, 022a = 5402353 · 1, 022(2020−2006) = 7326482
En considérant le nombre de données à garder pour chaque véhicule pendant 2 ans ainsi
qu’une moyenne de 300 km par jour par véhicule, on obtient
7326482 · (56 octets) · 365 jours · 2 ans · 300 km
= 81, 7 To
240
Avec une marge de sécurité, on doit conserver, sans aucune compression, au minimum 100
To. Le 56 octets de données est obtenu en considérant les 5 valeurs de gaz à stocker auxquels
on doit rajouter la trame GPRMC. Pour réduire la taille, on convertit la trame pour avoir un
nombre d’octets minimal en gardant la même information. On ajoute aussi 4 octets comme
marge de sécurité. La formule est obtenue à partir du minimum à conserver. La valeur utilisée
dans la formule est la quantité totale de données en incluant la compression.
4.2.2
Stockage à bord du véhicule
Le stockage à bord du véhicule est essentiel pour toute la vie du véhicule. Pour l’évaluer,
on considère que la distance maximale parcourue dans la vie d’un véhicule est 1000000 km.
= 53,4 Mo. En incluant la taille occupée par l’identification du
On obtient alors 56·1000000
220
véhicule, les programmes à bord et une marge de sécurité, on doit stocker au minimum 64
Mo. La formule est de type racine carré puisqu’une légère augmentation de la quantité de
stockage augmente rapidement les performances.
4.2.3
Notre projet doit assurer l’intégrité des données. Il ne doit donc pas y avoir de perte
d’information. Pour évaluer ce critère, nous nous baserons sur une échelle qualitative. Une
note de 1,0 sera attribuée à un concept n’ayant aucune perte de données et réalisant cette
9
tâche de façon efficace. Une note de 0,0 sera attribuée à un concept dans lequel la perte
d’information est fréquente et dont la gestion de l’intégrité des données est inefficace. Le
tableau 4.2 présente l’échelle utilisée.
Tableau 4.2 – Échelle qualitative pour l’intégrité des données
Note
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
4.3
4.3.1
Évaluation
Perte et/ou inefficace
Perte occasionnelle et/ou peu efficace
Perte assez rare et/ou peu efficace
Perte très rare et/ou moyennement efficace
Perte exceptionnelle et assez efficace
Aucune perte et efficace
Transmission efficace
Connectibilité
Il y aura autour de 7,3 millions d’automobiles au Québec lors de l’apogée du projet, comme
estimé ci-haut. Ce chiffre, divisé par (24 heures x 60 minutes x 60 secondes) nous donne le
nombre de connexions obligatoires pour que chacun de ces véhicule envoient une mise à jour
par jour, soit la fréquence demandée, ce qui donne environ 85 connexions par seconde. Un
envoi d’information requiert environ quatre (4) connexionss (comprenant le « handshake »,
le « acknowledge », l’envoi d’information, etc.), donc autour de 338 connexionss par seconde,
au minimum. Ajoutons un tampon, puisque les connexionss ont toujours des surcharges ou
certains problèmes, ce qui nous donne une valeur minimale de 350 connexionss par seconde
pour le système de transmission, cela à l’échelle de la province. Il faut donc que la technologie
que nous utiliserons puisse acheminer 350 connexionss par seconde au serveur. Un seuil
optimal sera vers les 800 connexionss possibles par seconde, et toute solution au dessus
d’environ 1000 connexionss par seconde sera idéale.
4.3.2
Bande passante
Vu l’approximation d’information à envoyer par mise à jour décrite plus haut, soit 56
octets, ainsi que l’approximation de connexionss faite antérieurement, nous devrons assurer
un minimum de bande passante de 19.6 kilo-octets par seconde, sans les informations reliées
à la connexions et à l’authentification. Avec une marge de manœuvre, nous pouvons assurer
que le minimum de bande passante viable est de 28 kilo-octets (soit 288 kilobits) par seconde,
au niveau de la province. Un taux de transfer de 56 kilo-octets (soit 448 kilobits) par seconde
sera considéré acceptable. Toute bande passante supérieure sera considérée comme idéale.
4.3.3
10
Sécurité des informations
À cause de l’envergure du projet, la sécurité et la confidentialité des informations sont
deux caractéristiques primordiales au bon fonctionnement de celui-ci. Nous nous devons, d’un
point de vue éthique, de rejeter toute solution qui pourrait potentiellement impliquer une
fuite d’informations. Ainsi, il faut se préocupper à la fois de la sécurité cryptographique des
paquets transmis et de leur authentification.
4.3.3.1
Chiffrement des données
En ce qui concerne le chiffrement des données, le minimum à respecter consiste en l’utilisation d’un schéma dont nous ne connaissons que des attaques cryptographiques théoriques.
Cela va de soit, puisque nous voulons conserver secrète l’information qui transite sur le réseau.
Les attaques théoriques, dans le domaine de la cryptographie, sont de manière générale équivalentes à une abscence d’attaque, car elles sont le plus souvent très complexes ou demandent
un temps de calcul époustouflant. Nous envisageons aussi les méthodes de chiffrement pour
lesquelles il n’existe pas d’attaque connue, mais uniquement parmi ces méthodes celles pour
qui il a été prouvé qu’elles sont présentement, considérant les progrès technologiques et mathématiques, inviolables.
Hors de la force mathématique du schéma que nous aurons choisi, il faut considérer sa
complexité d’implémentation aux niveaux matériel et logiciel. Les méthodes les plus simples et
rapides seront à privilégier puisque ce seront celles-ci qui éviteront le mieux les engorgements
possibles dans le réseau. Un minimum raisonnable à fixer est une vitesse de traitement de
0, 01 Gbit/s, et celles qui iront au-delà de 10 Gbit/s auront une note parfaite. La répartition
des notes est linéaire selon la formule suivante : x/10, tel que 0, 1 ≤ x ≤ 10 avec x en Gbit/s.
4.3.3.2
Authentification
Crypter les paquets ne permet de garantir que la confidentialité de l’information. Pour
s’assurer de l’identité du véhicule émettant ses paquets, il est nécessaire d’inclure un protocole d’authentification en parallèle avec l’encryption des données. Il est toujours question
de force mathématique, autant que pour l’aspect cryptographique. Cependant il est encore
plus important de garder en mémoire la probabilité d’une écoute clandestine, avec comme
conséquence l’usurpation d’identité. Ainsi, il faut qu’une personne recueillant de quelconque
manière une transmission déduise un minimum d’information à partir de celle-ci. Ne seront
retenues les solutions qui auront une encapsulation d’information parfaite, ainsi que celles
ayant une force cryptographique comparable, selon les mêmes critères, au schéma cryptographique choisi.
L’authentification d’un émetteur nécessite parfois plusieurs échanges entre le serveur et
le client, selon la méthode employée. Nous préférons les solutions impliquant un minimum
d’échange, et attribuerons une note nulle aux méthodes dépassant 6 échanges. L’échelonnage
des protocoles se fera selon l’équation (4.1), où x est le nombre de transmissions.
n = 1/(1 + exp(x − 6))
(4.1)
4.3.3.3
11
Coût monétaire
D’un point de vue plus prosaïque, certaines méthodes d’encryption ou d’authentification
ont une license payante d’utilisation. Nous ne considérerons que les solutions n’apportant
aucun frais, ce qui inclut les schémas libres d’utilisation non-commerciale, même si leur
contrepartie n’est pas gratuite.
4.4
Efficacité du système
L’efficacité du système est la seconde partie en ordre d’importance accordée par notre
équipe. En plus d’être cruciale pour la réalisation des tâches à effectuer, cette partie du
projet est ce qui va pouvoir nous distinguer des concurrents. C’est pourquoi cette section est
pondérée sur 20%.
4.4.1
Étant donné que nous devons alimenter le système dans le véhicule et qu’il comporte
quatre items, soit : l’affichage, la boîte de contrôle, le GPS et la transmission des données.
Pour le minimum ce serait dans l’optique où nous construirions nous-mêmes notre boîte de
contrôle et notre affichage, ce qui nous prendrait des microcontrolleurs qui consomment peu
d’énergie, de l’ordre de 1 mW à 5 mW. Le GPS peut fonctionner à pile, puisqu’il consomme
une infime quantité d’énergie.
Pour la formule, nous avons supposé une droite, mettant en fonction la consommation
électrique sur l’axe des y et la note en pourcentage sur les x. Cette droite part du maximum
en y étant 15000 mW, et se rend jusqu’au point (100,75), donc la note de 100 % à une
consommation de 75 mW. Lorsque la consommation dépasse 15 W, c’est un zéro automatique.
4.4.2
Masse
Étant donné que l’objectif à long terme du projet est de réduire les émissions de GES,
le poids du concept (sans le senseur de gaz et l’affichage) doit être minimal, afin de ne pas
augmenter de façon notable la consommation d’essence du véhicule. Le pourcentage attribué
est donc en correlation directe avec le poids, c’est à dire que le valeur attribuée à ce critère
diminuera si le poids augmente. Cependant, à partir des informations trouvées ([2]), un poids
au dessus de 25 kg aura une valeur de 0 %, mais ne sera toutefois pas rejeté.
4.4.3
Vitesse de traitement dans les véhicules
Afin de minimiser la consommation électrique, le temps d’utilisation de l’unité centrale
doit être minimal. Ainsi, un 100 % est donné si le temps de traitement pour construire un
paquet à envoyer est inférieur à 1 seconde. 10 % est enlevé par tranche de 5 secondes et si le
temps est supérieur à 25 secondes, on attribue un 0 %, ce qui donne les paliers suivants :
12
0 < t ≤ 1 → 100 %,
1 < t ≤ 5 → 90 %,
5 < t ≤ 10 → 70 %,
10 < t ≤ 15 → 50 %,
15 < t ≤ 20 → 30 %,
20 < t ≤ 25 → 10 %,
t > 25 → 0 %
4.4.4
Vitesse de traitement sur le serveur
Étant donnée la grande quantité d’information à traiter et de tâches à exécuter (récupération, décryptage, écriture), le serveur se doit de toujours pouvoir soutenir la demande,
d’autant plus que la demande risque d’être grandissante, puisque le nombre de véhicules ne
cesse d’augmenter. Il n’y a pas de minimum établi pour ce critère, puisque le minimum dépend du choix fait en cryptographie et en stockage des données. Il n’y a pas de maximum
non plus, mais la valeur attribuée à ce critère augmente si la puissance augmente.
4.5
Coûts
Pour ce critère, la pondération de 10 % a été attribuée, puisque même si le coût représente
un partie très visible du projet, plusieurs aspects d’efficacité et d’efficience nécessitent une
plus grande attention.
4.5.1
Véhicules
En tenant compte que les systèmes implantés dans le véhicule doivent résister à des
températures de −40°C à 85°C, qu’ils doivent être en fonction en permanence pour la plupart
et qu’ils doivent subir des chocs dûs au voyagement, le projet aura besoin de pièces de haute
qualité et des moyens spéciaux pour stabiliser les composantes et les rendre le plus insensible
possible aux chocs et à la température. Malgré cela, le coût du dispositif à implanter dans
les véhicules est un point qui est décisif quant à la réalisation du projet et surtout un critère
qui démarquera un projet parmi les autres propositions. Dans l’optique de pouvoir intégrer
le dispositif dans tous les véhicules motorisés du Québec, il faut que le projet soit possible
finacièrement. Aucune limite de coût nous est imposé par le client, mais l’équipe tient à
innover au sujet de la réduction des coûts, qu’elle essayera de tenir au minimum.
4.5.2
Serveur
Vu que le routeur ainsi que la connexions au médium physique de transfert de donnée nous
sont offerts, le projet ne se souciera pas des coûts engendré par ces infrastructures. La partie
à l’intérieur des murs du ministère comportera plusieurs systèmes, par exemple une unité de
stockage et une unité de traitement de l’information. Selon les estimations sus-mentionnés,
13
l’infrastructure de stockage devra compter environ 100 tera-octets de stockage. Cette quantité de données possible représente un défi imposant mais réalisable. Selon les technologies
disponibles, plusieurs dizaines de milliers de dollars devront être alloués uniquement pour les
unités d’emmagasinage. Les unités de traitement seront moins coûteuses, mais resteront un
élément décisif pour les performances de plusieurs aspects du projet, ainsi que du coût.
4.5.3
Coût par transmission
Étant donné la quantité imposante de transmissions que le système devra faire, le coût
par transmission se doit d’être relativement bas. Ainsi, la valeur attribuée à ce critère décroit
si le prix augmente. Un coût supérieur à 1 $ entraîne cependant la valeur 0 %.
4.6
Convivialité
Un pourcentage de 10% a été attribué à la convivialité étant donné que c’est une branche
un peu moins importante du projet, mais il reste qu’elle n’est pas négligeable puisque ces
éléments ont un impact sur le conducteur, qui doit toujours être à son mieux dans le véhicule.
4.6.1
Volume des composantes
L’aspect du volume est un point que l’équipe trouve très important. C’est un des point
cruciaux sur lequel les différents projets seront départagés. Nous croyons qu’avec la créativité
mise en œuvre dans ce projet nous pourrons réaliser un volume du dispositif de dimension très
réduites. En innovant sur les méthodes utilisées pour le calcul, la transmission et autres, le
projet a un potentiel de dimension de l’ordre de 50 cm3 , selon nos estimations. En approchant
les 10000 cm3 , la solution ne se verra pas attribuée de point en lien à son volume.
4.6.2
Luminosité de l’affichage
Étant donné que la valeur idéale est située à mi-chemin entre les deux extrêmes, nous
avons créé deux fonctions,la première pour la pente montante et la deuxième pour la pente
descendante. La première équation est celle d’une droite ascendante de (50,0) à (300,100).
L’axe des y est en pourcentage et l’axe des x est en candelas par mètre carré pour les valeurs
de x allant de 50 à 300. La deuxième équation est la pente descendante, cell-ci va de (300,100)
à (550,0). Les axes sont les mêmes que pour la courbe montante. Il est à noter qu’une valeur à
l’extérieur des extrèmes [50,550] entraînerait une note de zéro. Cependant, nous n’en tenons
pas compte, et nous traitons ces cas comme étant rejetés.
4.6.3
Considérant une vision idéale, la grosseur des lettres n’a pas besoin d’être énorme. Dans
l’idéal, nous aurions un affichage minimal de quelques segments qui ne dépasseraient pas
14
15 mm de largeur et 20 mm de hauteur. Avec des lettres, ce serait un bon minimum qui
serait lisible et agréable. Nous aurions un affichage de largeur 3 ×15 mm, et d’une hauteur
de 20 mm, ce qui fait 45 mm de largeur. Avec des bordures, cela abouti à environ 50 mm au
total. L’affichage aurait une surface de 1000 mm2 , ou bien de manière équivalente 10 cm2 .
Pour la formule, nous avons utilisé une combinaison de 2 formules : une droite qui délimite
la partie supérieure du triangle et une autre pour l’autre partie. Elles sont faites en fonction
des valeurs extrêmes, c’est-à-dire (0,200), (100,10) et (0,1). Donc toutes les valeurs inférieures
à 1 et suppérieures à 200 équivaudront à un rejet automatique.
Chapitre 5
Concepts
5.1
Diagramme fonctionnel
La figure 5.1 résume l’opération du système à concevoir. Les intrants, situés physiquement
à l’intérieur de chaque véhicule québecois, auront alors trois chemins possibles déterminés
par le système d’analyse et de traitement du véhicule, soit l’affichage personnel, le stockage
à l’interne et/ou la transmission des informations vers une unité globale de traitement gouvernementale. Toute donnée potentiellement récupérable, sans altération physique, par une
tierce personne sera encryptée et son intégrité sera assurée ainsi que la validation de sa source.
Ce système produira alors deux extrants, soit l’affichage du véhicule et l’affichage des données
sur l’unité de traitement gouvernementale.
5.2
Stockage global
Dans cette section, nous allons évaluer les différents concepts de solutions pour le stockage
global des données. Ces concepts permettent de conserver les données et d’y accéder sur le
site gouvernemental. La liste suivante résume les critères pris en compte pour évaluer les
concepts. Leur analyse est résumée dans le tableau 5.1.
Aspects physiques Le concept doit pouvoir emmagasiner 100 To de données non compressées et assurer l’intégrité des données.
Aspect économique Le coût maximal pour le stockage sur serveur est de 250000 $.
Aspect temporel Les concepts doivent emmagasiner les données sur une période de 2 ans.
5.2.1
Disques Blu-ray et graveur LH-2B1S de Lite-on
Nous avons choisi la technologie Blu-ray en raison de la quantité de données par disque
et de la facilité d’utilisation. Le graveur choisi, de la compagine Lite-On, est présenté dans
le tableau A.1.
15
16
CHAPITRE 5. CONCEPTS
Figure 5.1 – Diagramme fonctionnel global.
Tableau 5.1 – Étude de faisabilité du stockage global.
Concept
Blu-ray (Lite-on LH-2B1S)
Disques magnéto-optiques
iServ Q501 RAID 1
iServ Q501 et HP MSL2024
iServ Q501 RAID 5
Aspects
physiques
Non
Non
Oui
Oui
Oui
Aspects
économiques
–
–
Oui
Oui
Oui
Aspects
temporels
–
–
Oui
Oui
Oui
Décision
Rejeté
Rejeté
Retenu
Retenu
Retenu
Décision et justifications Ce concept est rejeté. La quantité de disques pour obtenir
100 To est énorme (2048 disques, au mieux). La quantité de manipulations des disques est
trop élevée ainsi que le risque de les endommager en les manipulant, ce qui fait perdre
l’information. (Références : [14])
5.2.2
Disques magnéto-optiques
Ce concept est composé de disques magnéto-optiques de la compagnie Sony permettant
un stockage élevé et fiable dont les données techniques sont présentées dans le tableau A.2.
Décision et justification Ce concept est rejeté. L’utilisation de disques magnéto-optiques
apporte un très grand nombre de manipulations ainsi qu’un risque élevé d’endommager ou
17
de perdre les disques, ce qui limite leur durée de vie. (Références : [16])
5.2.3
Serveurs avec disques durs – RAID 1
Ce concept est constitué de huit serveurs Rackform iServ Q501 de la compagnie Silicon
Mechanics ainsi que d’un cabinet pour contenir les serveurs de la compagnie Rackmount
Solutions, modèle SR-6042. Les tableaux 5.2 et A.3 présentent leurs caractéristiques.
Tableau 5.2 – Spécifications du Rackform iServ Q501
Processeurs
Mémoire
Configuration RAID
Contrôleur RAID
Quantité de stockage totale par serveur
Puissance
Dimensions
Résautique
Coût par serveur
Coût total
Évaluation
Intel Xeon E5205 Dual-Core 1,86 GHz
2 Go
RAID 1
3Ware 9650SE (2 ports ou 24 ports)
26 To
621 W
5 unités de cabinets
2 × Intel 82563EB Dual Port 10/100/1000Mbps
14087 $
112696 $
Décision et justification Ce concept est retenu. Les huit serveurs fournissent la quantité
de données nécessaire. La configuration RAID 1 permet une sécurité contre la perte d’information lors du bris d’un disque. L’information pourrait être perdue si les deux disques
correspondants brisent en même temps, mais ce risque est très faible. Considérant que les
données à conserver ne sont pas d’une importance capitale, ce risque est acceptable pour les
préserver sur une période de deux ans. (Références : [17] [18])
5.2.4
Disques durs et rubans magnétiques
Ce concept de solution est constitué de quatre serveurs Rackform iServ Q501 et d’une
librairie de rubans magnétiques StorageWorks MSL2024 AJ033A de la compagnie HP. Les
nouvelles caractéristiques des serveurs sont présentées dans le tableau A.4 et celle de la libraire
dans le tableau 5.3. Le concept comprend aussi un cabinet présenté au tableau A.3.
Décision et justification Ce concept est retenu. La capacité de stockage est atteinte, en
plus d’offrir une sécurité contre les bris de disques durs. Les données sont emmagasinées sur les
disques et une sauvegarde est effectuée sur les rubans magnétiques. On peut donc récupérer
facilement l’information lorsque des disques brisent, ce qui assure une bonne fiabilité. Les
coûts et l’espace occupé sont assez faibles. La manipulation est aussi réduite à changer les
18
Tableau 5.3 – Spécifications HP StorageWorks MSL2024 AJ033A
Nombre de cartouches
Type de cartouche
Capacité des cartouches
Coût d’une cartouche [20]
Coût d’une cartouche de nettoyage [21]
Capacité totale
Dimension par unité
Taux de transfert
Coût
Évaluation
24
LTO Ultrium 4
1,6 To compressé
88,91 $
60,35 $
38,4 To compressé
864 Go/heure
7465 $
rubans de la librairie environ trois fois par année. Le nombre de rubans, soit 63, permet de
limiter les coûts. (Références : [17] [18] [19])
5.2.5
Serveurs avec disques durs – RAID 5
Cette solution utilise une configuration différente des serveurs Rackform iServ Q501, présentée au tableau A.5. On utilise six de ces serveurs ainsi que le cabinet présenté au tableau
A.3.
Décision et justification Ce concept est retenu. Il permet d’avoir la capacité de stockage
désirée ainsi qu’une sécurité face au bris d’un disque dur. Les interventions sont limitées à la
maintenance. On utilise trois disques durs pour la configuration RAID 5. Le coût des serveurs
est acceptable et la fiabilité est augmentée. (Références : [17] [18])
5.3
Stockage sur véhicule
Le stockage des données sur le véhicule est un élément vital du projet. La liste suivante
présente les critères d’évaluation et le tableau 5.4 présente l’analyse des concepts.
Aspects physiques Le concept doit pouvoir contenir un minimum de 64 Mo de données,
supporter des secousses de 4 G, supporter la température (tableau 4.1) et occuper un
volume de moins de 18000 cm3 .
Aspect économique Le coût doit être de moins de 2500$.
5.3.1
Disques durs Seagate série EE25
Ce concept utilise un disque dur comme moyen de stockage dont les caractéristiques sont
sur le site du fabriquant [22].
19
Tableau 5.4 – Étude de faisabilité du stockage sur véhicule
Concept
Disque dur Seagate EE25
Smart Modular SG9IDE1D128SMCI
Transcend CompactFlash
Ruban magnétique Verbatim
Aspects
physiques
Non
Oui
Oui
Non
Aspect
économique
–
Oui
Oui
–
Décision
Rejeté
Retenu
Retenu
Rejeté
Décision et justification Ce concept est rejeté. Bien que ce modèle soit fait pour des
températures extrêmes, la présence de pièces mobiles le limite à −35℃.
5.3.2
Disque Flash IDE
Ce concept utilise un disque dur en mémoire Flash de la compagnie Smart Modular.
Les spécifications sont présentées dans le tableau 5.5
Tableau 5.5 – Spécifications Smart Modular modèle SG9IDE1D128SMCI
Capacité
Température d’opération
Consommation électrique maximum
Tension d’opération
Nombre de cycles d’écriture
Type d’interface
Dimensions
Coût
Évaluation
128 Mo
−40℃à 85℃
250 mA
5 V et 3,3 V
2000000
IDE 1,8 pouces 44 pins
7,62 cm × 5,08 cm × 0,89 cm
36,30 $
Décision et justification Ce concept est retenu. Il permet de conserver le double de la
quantité nécessaire. Puisqu’il s’agit de mémoire Flash, ce module résiste à des chocs de plus de
4 G et aux températures désirées. Le coût est raisonnable et les dimensions sont acceptables
compte tenu de la capacité. Une technologie intégrée à ce disque permet de corriger les erreurs
ce qui assure l’intégrité des données. (Références : [23] [24])
5.3.3
Carte CompactFlash
Ce concept utilise de la mémoire Flash sous forme de carte CompactFlash de la compagnie
Transcend. Les caractéristiques sont dans le tableau 5.6.
20
Tableau 5.6 – Spécifications Transcend CompactFlash
Capacité
Consommation maximum
Nombre de cycles d’écriture
Type d’interface
Dimensions (Longeur × profondeur × hauteur)
Masse
Coût
Évaluation
128 Mo
−40°C à 85°C
100 mA
5 V et 3,3 V
2000000
ATA
42, 8 mm × 36, 4 mm × 3, 3 mm
11,4 g
17,10 $
Décision et justification Ce concept est retenu. Il permet de stocker le double de la
capacité nécessaire et résiste aux chocs. Il supporte les températures désirées et occupe un
espace assez petit. De plus, la technologie intégrée à la carte permet de détecter et de corriger
les erreurs. (Références : [25] [26])
5.3.4
Petit ruban magnétique
Le concept utilise un ruban magnétique de 4 mm de large et de 2,6 Go de la compagnie
Verbatim. Les spécifications sont sur le site de la compagnie [27].
Décision et justification Ce concept est rejeté. Bien qu’il soit petit et de grande capacité,
la température d’opération est de seulement 5°C à 40°C.
5.4
Localisation
Le système de localisation est aussi une partie très importante du projet, puisque la
position spatio-temporelle des véhicules est une donnée clef à fournir. Les intrants de ce
système sont l’énergie électrique et la position spatiotemporelle brute, alors que le seul extrant
est la position spatiotemporelle traitée. La synthèse de l’analyse est présentée au tableau 5.7.
Se référer à l’annexe B pour une image des concepts.
Aspects physiques Supporte des températures de −40 ℃à 85 ℃, volume de moins de
18000 cm3
Aspect économique Coût inférieur à 2500 $
Aspect temporel Utilise une technologie déjà existante
21
Tableau 5.7 – Étude de faisabilité sur les technologies de positionnement
Concept de
solution
Navman Jupiter 32
NAVSYNC - CW46
WD-G-ZX4120
Laipac UV40
Ublox - NEO-4S
5.4.1
Aspects
physiques
Oui
Non
Non
Oui
Oui
Aspect
économique
Oui
–
–
Oui
Oui
Aspect
temporel
Oui
–
–
Oui
Oui
Décision
Retenu
Rejeté
Rejeté
Retenu
Retenu
Navman Jupiter 32
Le module de Navman utilise la puce GPS SiRFstarIII, l’une des plus répandues dans ce
domaine. En plus d’être plus sensible que ses compétiteurs, ce concept consomme également
moins d’énergie. Un autre avantage qui le distingue est sa petitesse. Les spécifications sont
présentées au tableau 5.8.
Tableau 5.8 – Spécifications du Navman Jupiter 32
Plage de températures
Interface(s)
Sensibilité
Dimensions
Support
Masse
TTFF
Résistance aux secousses
Résistance aux vibrations
Protocoles supportés
Tension
Alimentation
Puissance
Coût
Évaluation
−40 ˚C à 85 ˚C
UART
−159 dBm
17, 0 mm × 15, 0 mm × 2, 7 mm
SBAS (WAAS et EGNOS)
2g
1 à 66 secondes
18 G
4G
AI3/F, SiRF Binary, NMEA 0183
3, 0 à 3, 6 V
57 mA (Pointe)
136 à 189 mW
55, 20 $
Décision et justification Ce concept est retenu, considérant qu’il respecte les critères établis. Le coût et les dimensions sont faibles et ce concept supporte les températures demandées.
(Références : [72] [73].)
5.4.2
22
NAVSYNC — CW46
La principale caractéristique de cet appareil est qu’il contient un convertisseur DC/DC
permettant une régulation de tension. Les spécifications sont détaillées au tableau B.1 en
annexe.
Décision et justification Ce concept est rejeté puisqu’il ne respecte pas la plage de températures requise. (Références : [74].)
5.4.3
WD-G-ZX4120
Les spécifications pour ce concept sont présentées au tableau B.2 en annexe.
Décision et justification Ce concept est rejeté. Cet appareil n’est pas conforme à la plage
de températures exigée. (Références : [75].)
5.4.4
Laipac UV40
Ce module Laipac base son positionnement sur 16 canaux. Il supporte plusieurs interfaces
et protocoles. Les spécifications sont fournies au tableau B.3 en annexe.
Décision et justification Ce concept est rejeté, car il n’est pas recommandé pour les
nouveaux projets. (Références : [76].)
5.4.5
Ublox - NEO-4S
Le module Ublox contient la puce GPS ATMEL ATR0635 qui peut se configurer facilement grâce à ses interfaces UART et USB. De plus, il supporte de nombreux protocoles et
peut prendre en charge un bus externe pour les cartes mémoire. Les caractéristiques sont
données en détail au tableau 5.9.
Décision et justification Ce concept est retenu. Le module NEO-4S supporte les températures requises, en plus d’être très petit et d’avoir un coût relativement faible. (Références :
[78], [77].)
5.5
Système de transmission (infrastructure)
Le système de transmission est une partie très importante de la solution, puisqu’il permet
de faire le lien entre les véhicules et les serveurs. Tel que le montre le diagramme fonctionnel
de la figure 5.1, la transmission des données comporte deux volets, soit l’infrastructure,
permettant l’acheminement des transmissions, et le matériel, c’est-à-dire la partie à l’intérieur
du véhicule. De plus, le choix de l’infrastructure aura une influence directe sur le choix du
23
Tableau 5.9 – Spécifications du Ublox - NEO-4S
Critère
Interfaces
Sensibilité
Dimensions
Support
TTFF
Alimentation
Voltage
Puissance
Masse
Résistance aux secousses
Résistance aux vibrations
Coût
Évaluation
−40°C à 85°C
USB 2.0, UART, SPI, Bus externe
−158 dBm
16, 0 mm × 12, 2 mm × 2, 8 mm
Protocole RTCM pour DGPS, SBAS
1 à 41 secondes
NMEA (2.1 et 2.3)
50,0 mA à 80, 0 mA MAX
1,5 V à 5,0 V
75mW à 400 mW Max
1, 6 g
30 G
5G
≈ 99, 00 $
matériel, puisque ce dernier doit être compatible avec les systèmes retenus. Les intrants du
système sont l’énergie électrique et les données à transmettre, soit la quantité de gaz à effet
de serre et la position spatiotemporelle. Les données seront traitées et chiffrées par l’unité de
traitement afin de finalement être transmises de manière sécuritaire. Le résumé de l’analyse
est présenté au tableau 5.10.
Aspects physiques Permettre la communication dans les deux sens ; offrir une couverture
adéquate de la province.
Aspect économique Aucun
Aspect temporel Utiliser une technologie de télécommunication disponible au 1er janvier
2008.
Tableau 5.10 – Étude de faisabilité sur les infrastructures de communication
Concept de
solution
5.5.1 Réseau cellulaire
5.5.2 Bell WiMax
5.5.3 Radio amateur
Aspects
physiques
Oui
Non
Non
Aspect
temporel
Oui
–
–
Décision
Retenu
Rejeté
Rejeté
5.5.1
24
Réseau cellulaire
Le premier système de communication évalué est l’utilisation de la technologie cellulaire
pour la transmission de données. Les spécifications globales du réseau 1 de Rogers sont
établies au tableau C.1 en annexe.
Décision et justification Ce concept de solution est retenu. L’avantage de cette technologie est la grande maturité du réseau, ce qui permet une meilleure couverture. Néanmoins,
celle-ci n’est pas parfaite et ne couvre pas certaines parties du Québec. (Références : [3],
[4], [5], [6], [8].)
5.5.2
Bell WiMax
Le second système de communication analysé est le WiMax, pour lequel il n’y a actuellement que Bell qui possède un réseau. Cette technologie en est encore à ses débuts, mais
demeure une possibilité intéressante. Elle permet notamment d’offrir une connexion rapide à
internet en plus d’être relativement économique. Les spécifications de ce service sont présentées au tableau C.2 en annexe.
Décision et justification Ce concept de solution est rejeté. La couverture offerte pour
cette technologie est loin d’être suffisante puisqu’elle ne couvre que quatre centres urbains.
(Références : [7].)
5.5.3
Radio amateur
La troisième technologie de communication analysée est la radio amateur, c’est-à-dire la
transmission par ondes hertziennes. La principale caractéristique d’un tel système est le faible
coût d’utilisation puisqu’en théorie, si le récepteur est à portée de l’émetteur, il n’y a aucun
intermédiaire. Les caractéristiques de ce système sont représentées dans l’annexe C.3. Pour
ce concept, trois modèles d’infrastructure ont été envisagés.
5.5.3.1
Utilisation de répéteurs radio (tours)
L’infrastructure pour ce concept est assez répandue, mais localisée. C’est-à-dire que plusieurs réseaux de répéteurs existent, mais sont isolés les uns les autres.
Décision et justification L’isolation des réseaux rend un tel système impossible à
utiliser. De plus, en raison de l’émission non directionnelle de l’information, il est difficile de
faire la vérification de l’intégrité des données. C’est pourquoi ce concept est rejeté.
1. Bien qu’il existe plusieurs compagnies offrant le réseau cellulaire, tous les concurrents ont les mêmes
spécifications (Fido, Telus, Bell, Rogers, etc.)
25
5.5.3.2
Utilisation de répéteurs véhiculaires
Ce concept offre des possibilités intéressantes. Il s’agit d’installer un répéteur véhiculaire
dans chaque véhicule, formant ainsi un réseau mobile pouvant relayer les données sur une
grande distance, à condition qu’un véhicule soit à portée du véhicule émetteur.
Décision et justification Cependant, compte tenu du type d’émission des données
(broadcast), la fiabilité des transmissions ne peut être assurée, ce concept a donc été rejeté.
5.5.3.3
Utilisation des satellites amateurs
Pour ce concept, les relais de transmissions sont des satellites en orbite. Chaque satellite
possède une fréquence d’émission et de réception.
Décision et justification Ce concept est rejeté. Les satellites amateurs étant normalement lancés en orbite basse, les transmissions ne sont possibles que pendant un intervalle
de temps précis (de 10 à 30 minutes). La fiabilité des transmissions ne peut donc pas être
assurée.
Décision et justification (globale) Les sous-concepts (5.5.3.1, 5.5.3.2, 5.5.3.3) ayant tous
été rejetés, le concept global de radio amateur est donc rejeté. (Références : [9], [10])
5.6
Système de transmission (véhicule)
Étant donné que le seul concept de communication retenu est l’utilisation du réseau
cellulaire, les seuls concepts de solutions pour la partie véhicule seront dirigés vers cette
technologie. Le résumé de l’analyse est présenté au tableau 5.11.
Aspects physiques Dimensions sous les 18000 cm3 ; supporte des températures de −40 ℃ à
85 ℃ ; permet la communication dans les deux sens.
Aspect temporel Utiliser une technologie de télécommunication disponible au 1er janvier
2008
Tableau 5.11 – Étude de faisabilité sur la communication sur le véhicule
Concept de
solution
5.6.1 GM862-QUAD de Telit
5.6.2 HC25 de Siemens
Aspects
physiques
Oui
Oui
Aspect
économique
Oui
Oui
Aspect
temporel
Oui
Oui
Décision
Retenu
Retenu
26
5.6.1
GM862-QUAD de Telit
Les caractéristiques du GM862-QUAD de la compagnie Telit sont présentées au tableau
5.12. Voir l’annexe C.1 pour une image de l’appareil.
Tableau 5.12 – Spécifications du GM862-QUAD de la compagnie Telit
Critère
Dimensions
Masse
Bandes
Consommation électrique
Température d’entreposage
Interface
Prix unitaire
Évaluation
43,9 mm × 43,9 mm × 6,9 mm ou 13,3 cm3
19 g
Quadribande EGSM 850/900/1800/1900 MHz
3,4 – 4,2 V DC (3,8 V recommandé)
Inactif (Enregistré, économie) : < 4 mA
Transmission : 200 − 370 mA
−40°C à 90°C
RS-232
85 $
Décision et justification Ce concept de solution est retenu. Tous les critères sont remplis
par ce concept. Il utilise les bandes de fréquences employées au Québec, les températures
supportées respectent les restrictions et ce concept permet d’envisager un coût total inférieur
à 2500 $. (Références : [11], [13].)
5.6.2
HC25 de Siemens
Le HC25 de la compagnie Siements présente un avantage majeur sur le premier concept,
soit la compatibilité avec les réseaux UMTS/HSDPA. Ses caractéristiques sont présentées en
détail au tableau 5.13.
Tableau 5.13 – Spécifications du HC25 de la compagnie Siemens
Critère
Dimensions
Masse
Bandes
Température d’entreposage
Interface
Prix unitaire
Évaluation
34 mm × 50 mm × 4,5 mm ou 7,7 cm3
10 g
UMTS/HSDPA (WCDMA/FDD) 850/1900/2100 MHz
Quadribande EGSM 850/900/1800/1900 MHz
3,2 – 4,2 V DC
Inactif (Enregistré, économie) : 3 mA
Transmission : 300 mA
Transmission HSDPA : 420 mA
−40°C à 85°C
USB 2.0, Interface série
120$
27
Décision et justification Ce concept de solution est retenu. Tous les critères sont remplis
par ce concept. Il utilise les bandes de fréquences employées au Québec, en plus de pouvoir
utiliser le service haute vitesse cellulaire. De plus, les températures supportées respectent les
restrictions et ce concept permet d’envisager un coût total inférieur à 2500 $. (Références :
[12])
5.7
Analyse et traitement des données des véhicules
Le système d’analyse et de traitement est une partie clef du projet puisque les performances de plusieurs sections dépendent de cette composante, notamment la sécurité et l’intégrité, en plus de gérer la manipulation des informations nécessaire pour les transmissions.
Plusieurs concepts représentent soit uniquement une puce ou un module complet. Étant donné
que les caractéristiques et possibilités entre ces deux types de concepts sont habituellement
identiques, ils sont interchangeables.
Aspects physiques Supporte les conditions climatiques établies par le client (−40℃ à
85℃) ; peut effectuer la totalité des calculs requis en moins de 25 secondes ; a une
consommation électrique raisonnable.
Aspect temporel Utilise une technologie présente sur le marché.
Tableau 5.14 – Étude de faisabilité pour l’analyse et le traitement sur le
véhicule
Concept de
solution
Microcontrôleur MicroChip
SBC
Microprocesseur 32 bits
Ordinateur miniature
5.7.1
Aspects
physiques
Oui
Oui
Oui
Non
Aspect
économique
Oui
Oui
Oui
–
Aspect
temporel
Oui
Oui
Oui
–
Décision
Retenu
Retenu
Retenu
Rejeté
Microcontrôleur 16 bit
Le PIC24HJ256GP610 de la compagnie MicroChip représente bien les µC de 16 bits,
facilement interchangeable pour une architecture 32 bits avec sensiblement les mêmes spécifications, au besoin. Ce concept apporte la possibilité d’utilisation du CAN, système d’interfaçage standard des véhicules automobiles. Le coût d’équipement est le montant qu’il est
nécessaire de débourser avant de pouvoir développer cette solution 2 . Le coût total par unité
représente la puce, montée sur un module de démonstration. Les caractéristiques détaillées
sont présentées au tableau 5.15.
2. Comprenant un programmeur et un compilateur C pour PIC.
28
Tableau 5.15 – Spécifications du PIC24HJ256GP610
Rapidité d’exécution
Coût unité - total
Coûts d’équipement
Besoin énergétique maximal
Mémoire allouée au programme
RAM
Entrées et sorties
Interfaces intégrées
Convertisseur A/D
Compteurs
Environnement de développement
Évaluation
40 MIPS
25,00 $/unité - 130$/unité
1790 $
−40℃ à 85℃
3,0 V à 3,6 V
294 mW en travail, 3 mW en pause.
256 Ko
16 384 octets
85
UART (2), SPI (2), I2C (2), ECAN (2)
1 A/D 12 bit (500 ksps)
9 × 16-bit, 4 × 32-bit
Logiciel MPLab
Décision et justifications Ce concept est retenu. Cette solution a plusieurs avantages, notamment sa grande efficacité, son énergie requise minimale et son coût réduit. (Références :
[48], [49], [50].)
5.7.2
SBC
Le 6030, 386 de Octagon Systems est un module pourvu d’un processeur ALi 6117 (compatible 386SX) comme unité de traitement et de plusieurs interfaces d’entrées et/ou sorties.
Ce concept Plug and Play permet d’imbriquer plusieurs modules ensemble et d’y interfacer
facilement plusieurs périphériques. Pour réaliser nos besoins, une carte de communication
série quadruple, le 5554 de Octagon Systems, y sera rattaché. Le développement sous DOS
nous procure une plateforme stardard facile à manipuler. Les spécifications sont disponibles
au tableau 5.16.
Décision et justifications Ce concept est retenu. La facilité d’utilisation des modules prémontés est un grand atout pour ce concept. En plus d’être hautement robuste et polyvalent,
ce concept permet d’interfacer efficacement les divers périphériques requis. (Références :
[51].)
5.7.3
Microprocesseur 32 bits
Le TINI2131 de NewMicros est un module complet comprenant un microprocesseur
ARM7 32 bits comme unité de traitement. Il possède nativement des ports CAN bus, ainsi
que plusieurs interfaces d’entrées/sorties. Les caractéristiques sont détaillées au tableau 5.17.
29
Tableau 5.16 – Spécifications du 6030, 386
Coût
RAM
Entrées et sorties
Résistance aux chocs
Évaluation
≈ 13 MIPS
385 $/unité
−40℃ à 85℃
5V
2,18 W
1 Mo
2 Mo
24 + 17 (LPT1)
RS-232/422/485 (4), LPT1 (1)
40 g
Tableau 5.17 – Spécifications du TINI2131
Coût
RAM
Entrées et sorties
Évaluation
54 MIPS
29,00 $/unité
−40℃ à 85℃
6V
600 mW
32 Ko
8 Ko
16
RS-232 (1), I2C (2), SPI (2)
Décision et justifications Ce concept est retenu. La consommation électrique, la plage de
température et la puissance de calcul cet élément nous permet de l’accepter. (Références :
[52].)
5.7.4
Ordinateur miniature
Le concept d’un ordinateur miniature apporte beaucoup de facilité à la solution. En plus
de déjà contenir une unité de traitement extrêmement performante, elle est pourvue d’une
grande quantité de mémoire RAM en plus de posséder des interfaces de communication
standard comme l’USB, le RJ-45 et le VGA. Reprogrammer le système pour nos besoins
serait aisé et licite puisqu’il est natif Linux. Voir l’annexe D.1 pour les spécifications.
Décision et justifications Ce concept est rejeté. Cette solution est beaucoup trop fragile et ne supporte pas la plage de températures requise, en plus de ne pas être efficace et
gourmande en énergie. (Références : [53].)
30
5.8
Analyse et traitement des données du serveur
Les unités d’analyse et de traitement centraux du projet doivent pouvoir régir un flux
monumental de données puisqu’ils serviront d’intermédiaire entre la flotte des véhicules automobiles québecois et le média de stockage global. Ils devront décrypter et analyser les données
en plus de les emmagasiner dans une base de données. La figure D.1 en annexe résume les
types de topographie réseau pouvant être utilisés dans ce projet.
Aspects physiques Peut supporter l’achalandage requis pour gérer les connexions ; peut
effectuer tous les calculs requis par les algorithmes de chiffrement, de requête d’information ou de gestion de base de données.
Aspect économique Prix raisonnable, sous les 250 000 $ pour le stockage et le traitement.
Aspect temporel Utiliser une technologie présente sur le marché.
Tableau 5.18 – Étude de faisabilité pour l’analyse et le traitement des
serveurs
Concept
Serveur Intel Xeon
SBC — Serveur
Ordinateur Central Sun
5.8.1
Aspects
physiques
Oui
Oui
Oui
Aspect
économique
Oui
Oui
Non
Aspect
temporel
Oui
Oui
–
Décision
Retenu
Retenu
Rejeté
Serveur Intel Xeon
AMD et Intel proposent des solutions de serveur très intéressantes, surtout en matière de
composantes. Monter un ordinateur est devenu un travail aisé, rapide et simple depuis les
nouveaux standards comme l’ATX 2.2. Un bon représentant de cette branche de serveur est
la famille Xeon de Intel (tableau 5.19). Ce type de montage serait enclin à une topographie
hybride entre le type 1 et le type 2 (Voir D.1), donc deux unités seront utilisées.
Décision et justifications Ce concept est retenu. Le faible coût total ainsi que la puissance
et la simplicité de cette solution sont intéressants. Le grand choix de système d’exploitation
(Unix, Linux, FreeBSD, Windows NT et Server, etc...) disponible pour cette architecture est
aussi un avantage. (Références : [54], [55], [56].)
5.8.2
SBC — Serveur
La solution SBC est idéale pour réunir beaucoup d’unités d’analyse et de traitement dans
un même lieu. Reliées à un backpane, chacune des cartes représente un ordinateur indépendant
pouvant effectuer diverses tâches. Cette solution se prête au type 1 de configuration réseau
de la figure D.1, donc 3 unités seront nécessaires. Les composantes choisies pour représenter
31
Tableau 5.19 – Spécifications du serveur Xeon d’Intel
CPU
Coût
connexions Réseau
RAM
Surface d’opération
Évaluation
≈ 160 000 MFLOPS
2 × Intel Xeon Quad Core X5460
3,16 GHz, 12 Mo L2 Cache, 1333FSB
3500 $
4 × 1 Gbit Ethernet RJ-45
8 Go Dual Channel 800 MHz DDR2 (Maximum 128 Go)
Rackount 4U
cette solution, soit le CPU, la RAM et le disque dur, ont été sélectionnées arbitrairement et
Tableau 5.20 – Spécifications du SBC — Serveur
CPU
HDD (OS et algorithmes)
Coût
Coût du support
connexions Réseau
RAM
Surface d’opération
Évaluation
≈ 20 000 MFLOPS / carte
Core 2 Duo (1066 FSB)
250 Gb 7200 RPM SATA2 16 Mb Cache
≈ 1250 $/ carte
300 $ / Backpane
2 × 1 Gbit Ethernet RJ-45 / carte
4 Gb Dual Channel 667MHz DDR2
Backpane PICMG 1.3
Décision et justifications Ce concept est retenu. En plus d’être fortement modulaire et
peu emcombrant, nous pouvons aisément multiplier la puissance de calcul en ajoutant de
nouvelles cartes et en séparant également la charge de travail. (Références : [57], [58].)
5.8.3
Ordinateur Central
Le SPARC Enterprise M9000 de Sun Microsystems offre une solution d’ordinateur central
solide et intéressante par ses possibilités et sa grande capacité de calcul. Cette solution serait
implantée avec un réseau de type 2. Voir l’annexe D.2 pour les spécifications. Il possède une
redondance accrue comparativement aux autres systèmes, entre autres avec deux processeurs
de surcroît, un système d’alimentation multiple et autres possibilités.
Décision et justifications Ce concept est rejeté. Le coût engendré par ce type de solution
est phénoménal et surpasse nos restrictions. Cette solution est aussi rejetée en raison des
32
ressources trop importantes pour les besoins du projet. (Références : [59].)
5.9
Sommairement, la sécurité se décompose en trois parties : le chiffrement des données, la
fonction de hachage et l’authentification. La première sert à rendre confidentiel le contenu
des paquets transmis, la deuxième sert à assurer l’intégrité des données, et la dernière prouve
au serveur qu’il communique avec le bon émetteur.
Le tableau 5.21 résume les concepts proposés. À cause de la nature des éléments cryptographiques, les trois parties – c’est-à-dire : le chiffrement, la fonction de hachage et l’authentification – sont combinées dans chacune des solutions. De même, il n’existe qu’une seule
dimension importante qui permet de contraster diverses méthodes cryptographiques. Soit
cette méthode est rapide, soit elle est sécuritaire. Ainsi sont présentés deux concepts rapides,
puis un autre qui est axé sur la sécurité. Les tableaux comparatifs sont à l’annexe E.
Aspect physique Facilité d’implémentation au niveau matériel.
Aspect économique Coût de la license d’utilisation.
Aspects temporels Utiliser une technologie déjà existante ; rapidité de traitement ; nombre
minimum d’échanges entre le client et le serveur.
Tableau 5.21 – Étude de faisabilité sur les méthodes cryptographiques
Concept de
solution
Rapide 1
Rapide 2
Sécuritaire
5.9.1
Aspect
physique
Oui
Oui
Non
Aspect
économique
Oui
Oui
–
Aspects
temporels
Oui
Oui
–
Décision
Retenu
Retenu
Rejeté
Rapide 1
Cette première solution rapide présente des éléments cryptographiques largement utilisés
dans le monde informatique, ainsi qu’une preuve à « divulgation nulle de connaissances. »
Leur popularité, hormis la preuve d’authentification, vient du fait qu’ils sont très faciles à
implémenter dans le matériel. Cette solution comprend l’usage de la fonction de hachage
« MD5, » qui malgré les faiblesses cryptographiques qui lui ont été trouvées, persiste à être
populaire en raison de son âge avancé et du quasi-monopole qu’elle occupe. Cependant, dans
l’optique du projet présent, nous pouvons nous permettre de l’utiliser sans nous inquiéter de
sa sécurité.
33
Décision et justification Ce concept est retenu parce qu’il répond correctement aux
exigences fixées. Les trois éléments ont été choisis pour être les plus rapides lorsqu’il est
question du traitement des données. La preuve à divulgation nulle de connaissances, bien
que nécessitant plusieurs échanges entre le serveur et le client, est aisément ajustable pour
ne pas encombrer le protocole global. De plus, les coûts d’utilisation sont nuls (Rabbit a des
frais uniquement pour un usage commercial). (Références : [28], [29], [31], [32], [33], [34].)
5.9.2
Rapide 2
Cette solution a une approche légèrement différente de celle présentée à la sous-section
5.9.1. Nous avons accordé autant d’importance à la rapidité de traitement, mais cette fois-ci
en incluant une certaine attention à la sécurité. Par exemple, la fonction de hachage « SHA-1 »
est celle qui a remplacé, selon les standards du NIST, la fonction MD5.
Ce concept utilise, comme pour « Rapide 1, » une variation sur le thème des preuves à
divulgation nulle de connaissances.
Décision et justification Même si d’un point de vue global ce concept est plus lent que celui présenté dans Rapide 1, la différence est marginale, donc négligeable. Il offre une meilleure
sécurité que sa contrepartie et conserve son coût nul, à cause des licenses d’utilisation. Nous
retenons donc cette solution. (Références : [35], [36], [38], [39], [40], [41].)
5.9.3
Sécuritaire
Pour ce concept nous avons regroupé des méthodes sensiblement différentes des solutions
rapides. Tandis qu’elles utilisent des méthodes cryptographiques à chiffrement de flux, cette
solution se sert de « AES, » aussi connu sous le nom de Rijndael. Cette dernière est un
chiffrement par bloc et est le standard actuel du NIST. « SHA-512 » est le plus complexe
des successeurs de SHA-1, ce qui supprime les faiblesses de son parent. Nous présentons ici
une authentification par clef publique « RSA, » qui utilise un chiffrement asymétrique, donc
largement supérieur à une encryption symétrique.
Décision et justification Bien qu’ayant la meilleure sécurité des trois concepts, nous le
rejetons à cause de l’usage trop intense du matériel, autant du côté de l’ordinateur que du
serveur. (Références : [42], [43], [38], [44], [45], [46].)
5.10
Affichage
L’affichage dans le véhicule est une partie du projet qui permet au conducteur d’être en
contact avec les données qui sont envoyées au ministère. Il se doit de déranger le moins possible
le chauffeur par sa luminosité et d’être visible à tout moment. L’affichage doit pouvoir rester
dans le véhicule pendant toute la durée du projet, c’est donc qu’il doit résister à certains
critères de température.
34
Aspects physiques Échelle de température d’opération : −40 ℃ à 85 ℃. Respecter le
critère de luminosité.
Aspect économique Coût inférieur à 2500 $.
Aspect temporel Utiliser un produit déjà présent sur le marché.
Tableau 5.22 – Étude de faisabilité sur l’affichage
Concept de
solution
7 segments
Écran LCD
Écran de voiture
WDS
5.10.1
Aspects
physiques
Oui
Oui
Oui mais
Non
Aspect
économique
Oui
Oui
Oui
—
Aspect
temporel
Oui
Oui
Oui
—
Décision
Retenu
Retenu
Retenu
Rejeté
Affichage de DEL à 7 segments
Le premier concept consiste à un affichage de 7 segments DEL, plus précisement le modèle
MAX7219ENG qui permet un affichage dans la voiture en ne prenant que le signal et en le
convertissant pour afficher les information à l’écran. Les caractéristiques de ce système sont
détaillées au tableau 5.23.
Tableau 5.23 – Caractéristiques de l’affichage de DEL à 7 segments
Volume
Luminosité
Prix
Masse
Nombre de caractères
Évaluation
10 cm3
64 cm2
352 cd/m2
40 $
0, 48 W
≈1g
16
−40 ℃ à 85 ℃
Décision et justification Ce concept rempli bien tous les critères. Il comprend les huit 7
segments LED de digikey et sont placés sur le système MAX7219ENG qui gère le reste. Il
faudra avoir seize 7 segments et deux systèmes reliés pour pouvoir afficher tous les gaz. Les
informations ont déjà été multipliées dans le tableau 5.23 pour subvenir à nos besoins. Bref
ce système satisfait tout les critères, il est donc retenu. (Références : [64], [65].)
35
5.10.2
Écran LCD de voiture
Une seconde option qui s’offre à nous est d’installer une petite télévision qui permettrait
au chauffeur de voir distinctement les données qui sont affichées. La télévision utilisée pour
représenter ce système est la Transflective TFT d’Optrex (T-51945GD065H-FW-ACn).
Le tableau 5.24 représente les caractéristiques de ce concept.
Tableau 5.24 – Spécifications de l’écran LCD T-51945GD065H-FW-ACn
Volume
Luminosité
Prix
Masse
Évaluation
172, 83 cm3
138, 26 cm2
350cd/m2
230 $
0, 93 W
330 g
Décision et justification Cette télévision respecte le critère de température, n’est pas
trop volumineuse, a une luminosité raisonnable et convient à tous les critères. Ce concept est
donc retenu. (Références : [66].)
5.10.3
Écran de véhicule
Un autre concept qui s’offre à nous est de reprogrammer les écrans qui sont déjà dans les
voitures. Pour les véhicules qui n’en auraient pas, une télévision LCD identique au concept
5.10.2 serait placée dans le véhicule.
Décision et justifications Ce ne sont pas toutes les voitures qui ont un affichage intégré,
mais pour celles qui en ont un, ce système pourrait être intégré facilement. Pour les véhicules
ne possédant pas d’affichage, un écran LCD comme celui présenté à la section 5.10.2 serait
installé. Ce sera donc les caractéristiques de cet écran qui seront utilisées dans ce concept.
Cette solution a donc été retenue.
5.10.4
WDS – Windshield Display System
Ce système est très intéressant puisqu’il permet de projeter les données sur le pare-brise.
Les données sont très visibles, ce qui est un avantage pour le conducteur, puisqu’il n’a pas
besoin de baisser les yeux lorsqu’il conduit. La compagnie Superimaging a mis au point ce
système que nous utiliserons pour analyser ce concept.
Décision et justifications Très peu d’informations ont été trouvées sur cette technologie.
Nous devons donc la rejeter. (Références : [67].)
36
5.11
Alimentation
Cette partie est importante puisque chaque partie dans le véhicule doit impérativement
être alimentée lorsque le véhicule est en mouvement. Lorsque le véhicule fonctionne, le système
aura besoin, en plus des 20 W requis par le senseur, de 400 mW au maximum pour le système
de positionnement. Pour stocker les informations dans le véhicule, 0,83 W sont nécessaires.
Pour afficher les données il en coûte 1 W. Deux systèmes auront besoin d’énergie en tout
temps, soit le traitement des données qui prend 2 W au maximum et la transmission au
ministère qui requiert 0, 5 W. En faisant le total, nous concluons qu’il nous faut 5 W lorsqu’en
mouvement et 2, 5 W autrement.
Aspects physiques Dimensions sous les 18000 cm3 ; supporte des températures de −40 ℃ à
85 ℃ ; fournir 25 W
Aspect temporel Utiliser une technologie de existante
Tableau 5.25 – Étude de faisabilité sur l’alimentation électrique
Concept de
solution
Batterie du véhicule
Batterie au lithium
5.11.1
Aspects
physiques
Oui
Oui, mais
Aspect
économique
Oui
Oui
Aspect
temporel
Oui
Oui
Décision
Retenu
Retenu
Alimentation par l’énergie de la voiture
Nous pouvons utiliser l’énergie de la voiture afin d’alimenter les différents systèmes sur
le véhicule. Nous savons que l’alternateur produit l’énergie d’un véhicule qui sert à faire
fonctionner les différentes composantes et à recharger la batterie. L’énergie fournie par le
véhicule, avec les données en référence, va selon la formule suivante : 12 V × 50 A = 600 W.
Décision et justifications C’est un concept qui ne demande pas beaucoup d’ajouts. Il
faut seulement s’assurer que le véhicule n’a pas de problème au démarrage ou pendant qu’il
est en mouvement. Étant donné que l’alternateur peut fournir 600 W au maximum, il n’aura
donc pas de difficultés à fournir le véhicule, à recharger la batterie et à fournir notre système
qui demande 25 W au maximum, senseur inclus. Ce concept est donc retenu. (Références :
[68].)
5.11.2
Alimentation par batterie au lithium
Nous pouvons utiliser l’énergie d’une batterie extérieure au véhicule, donc un élément
que nous ajoutons. Cependant, cette batterie devra recevoir de l’énergie de l’alternateur
pour qu’elle se recharge, mais cette énergie est moins exigente pour l’alternateur que si
37
nous branchions le système directement sur l’énergie de l’alternateur. Les spécifications de la
batterie sont disponibles au tableau 5.26.
Tableau 5.26 – Spécifications de la batterie
Volume
Prix
Puissance fournie
Masse
Évaluation
17, 5 cm3
60 $
15 W
36 g
Décision et justification La batterie est en mesure de fournir environ 7, 56 Wh pendant
une heure. Cela ne convient pas tout à fait à nos besoins, nous placerons donc 2 batteries
dans le véhicule étant donné les besoins de 25 W lorsque le véhicule est en mouvement et de
3 W autrement. Ces batteries seraient branchéees sur l’alternateur afin qu’elles puissent se
recharger. Ce concept est donc retenu. (Références : [69],[70].)
Chapitre 6
Étude préliminaire
Les concepts retenus au chapitre précédent ont été combinés en trois solutions complètes
et distinctes. Ces solutions, telles que résumées dans le tableau 6.1, sont évaluées de manière
quantitative en utilisant les formules rassemblées dans le cahier des charges. Les sections
suivantes consistent en une étude détaillée de chacune des solutions, puis un tableau final
synthétise les valeurs numériques de chaque élément.
Tableau 6.1 – Sommaire des concepts de solutions pour l’étude préliminaire
Stockage global
Stockage véhicule
Localisation
Technologie de transmission
Module de transmission
Traitement serveurs
Affichage
Alimentation
Concept 1
5.2.5 Serveur iServ
RAID 5
5.3.3 Carte CompactFlash de Transcend
5.4.1 Module GPS
Navman
Concept 2
5.2.4 Serveur iServ et
librairie HP
5.3.2 Disque Flash de
Smart Modular
5.4.5 Module GPS
Ublox
Concept 3
5.2.3 Serveur iServ
Raid 1
5.3.2 Disque Flash de
Smart Modular
5.4.5 Module GPS
Ublox
5.6.1 Module cellulaire Telit
5.7.2 SBC
5.6.2 Module cellulaire Siemens
5.7.3 Microprocesseur
32 bits
5.8.2 SBC — Serveur
5.9.2 Rapide 2
5.6.1 Module cellulaire Telit
5.7.1 Microcontrôleur
MicroChip
5.8.1 Serveur Intel
Xeon
5.9.1 Rapide 1
5.10.3 Écran de véhicule
5.11.1 Batterie de la
voiture
5.10.1 Affichage 7 segments
5.11.2 Batterie au lithium
5.8.1 Serveur
Xeon
5.9.2 Rapide 2
Intel
5.10.2 Écran LCD
pour voiture
5.11.1 Batterie de la
voiture
38
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
6.1
6.1.1
39
Concept de solution 1
Durée de vie
Étude du vieillissement On peut évaluer de façon relativement aisée l’étude du viellissement pour le concept numéro 1. Il s’agit de prendre la donnée qui possède le MTBF le moins
élevé. Pour ce concept, la partie ayant le MTBF le plus faible est le Telit GM862-QUAD avec
seulement 10 ans.
Étude des secousses L’étude des secousses permet de déterminer si notre concept est
bien adapté pour résister à l’environnement routier. Pour ce faire, on procède en prenant la
partie du concept qui possède la plus faible résistance aux chocs. De cette façon, on considère
que toutes les autres parties peuvent supporter des chocs d’une plus grande amplitude. Pour
le premier concept, la pièce ayant une résistance aux chocs la plus faible est le module GPS
avec 18 G.
6.1.2
Stockage
Étude du stockage des données locales Le stockage des données à bord du véhicule
est évalué de façon très simple. Il suffit de prendre la valeur indiquée dans le tableau des
spécifications. Pour ce concept, le tableau 5.6 indique que la quantité de données qu’on peut
stocker est de 128 Mo.
Étude du stockage des données globales Le stockage des données globales est constitué de deux informations. Il y a la capacité de stockage totale et la capacité utile. Ce qui
est important pour notre évaluation, c’est la capacité utile. Pour ce concept, la configuration comporte six serveurs en RAID 5 comprenant trois disques durs. Pour la configuration
RAID 5, la capacité d’un groupe de disques constitué de n disques de capacité C est évaluée
selon la formule suivante : (n − 1) · C.
Nous évaluons enfin la capacité utile dans le calcul suivant, où nous calculons d’abord le
nombre de groupes qu’on multiplie par la capacité d’un groupe, où n = 3. Les données du
calcul proviennent du tableau A.5 et de la section 5.2.5.
6 × 26 disques
· (3 − 1) · 1 To = 104 To
3
Étude de l’intégrité des données Pour ce critère, il s’agit d’une étude qualitative. Pour
les serveurs en configuration RAID 5, les risques de perdre de l’information sont très faibles.
Cela arrive seulement si deux disques durs, appartenant au même groupe de trois, brisent
dans un interval de temps réduit. Même si cela se produit, toutes les données ne sont pas
perdues. De plus, il est très facile de rebâtir les données d’un disque qui a été changé, puisque
les manipulations se résument à changer le disque. La recréation des données est automatique.
Pour ces raisons, nous attribuons une note de 1,0 à ce concept.
6.1.3
40
Étude de la connectibilité L’étude de connectibilité doit être effectuée sur deux volets,
soit pour le système de transmission ainsi que pour le système de traitement global. Pour
pouvoir régir la quantité donnée de véhicules, le système à implanter doit pouvoir effectuer
un minimum de 350 connexions par seconde. Vu le stress de connexion inexistant sur les
composantes des véhicules, soit en deçà d’une dizaine de connexions par jour, celui-ci ne sera
pas évalué. Étant donné l’absence de restrictions et de limites sur la connexion fournie par
le gouvernement, cet aspect ne sera pas le goulot d’étranglement du projet.
Le système d’analyse et de traitement global du premier concept peut supporter plusieurs milliers de connexions par seconde. Une approximation rigoureuse serait d’environ
2000 connexions par seconde pouvant être traitées, cela par serveur implanté. La connectibilité de cet aspect n’est alors pas le chaînon le plus faible du projet sur ce point. Si le
besoin d’une plus grande latitude de travail se fait ressentir sur ce point, l’ajout de modules
de traitement décuplera la connectibilité possible.
L’aspect du projet ayant le plus grand impact sur la connectibilité est le réseau de communication utilisé.
Compte tenu qu’un réseau sans fil de type GSM-GPRS comporte 1 hyperframe divisé
en 77 multiframes de traffic et de contrôle, nous aurions un potentiel de disponibilité de
2715648 frames, comprenant entre 1 et 8 unités de temps. Les connexions requises pour le
projet s’approximant à 4 unités de temps, une évaluation rapide concluerait une possibilité
d’environ 5431296 connexions concourantes. (Références : [60], [61], [62], [63]. )
Étude de la bande passante La bande passante est assujettie aux mêmes situations que
la connectibilité, soit son étude en deux volets. Le système de communication utilisé pour le
premier concept est le réseau cellulaire. Basé sur une technologie GSM-GPRS, il permet un
débit entre 56 et 114 kibibits par seconde. Cette vitesse est donc au-dessus des 28 kibibits
par seconde obligatoires pour que la solution soit valide.
Pour le système de traitement global, la bande passante que chaque solution peut accepter est de 4 × 1 gibibits par seconde, ce qui permet un taux de transfert efficace 1 d’environ
4 × 115 Mo, donc 460 Mo par seconde. Cette valeur est grandement supérieure à la limite minimale requise pour le projet, et sera traitée comme négligeable. Les calculs pour
la pondération de ce concept se baseront uniquement sur la bande passante du système de
transmission. (Références : [60]. )
Étude des performances cryptographiques Le chiffrement de flux Grain a été spécifiquement designé pour des environnements matériels à capacités limitées. Sa structure permet
de traiter parallèlement jusqu’à 16 rondes cryptographiques, ce qui accélère le traitement des
données. Une synthèse de ses caractéristiques est présentée à la table 6.2.
Ce qu’il faut retenir du fonctionnement interne de Grain est son utilisation répétée de la
non-linéarité à chacune des étapes de calculs. Des erreurs en matière de générateurs rétroactifs
1. En comptant l’efficacité des protocoles de transmission.
41
Tableau 6.2 – Détails techniques du chiffrement de flux Grain
Caractéristique
Clef
Vecteur d’initialisation
État interne
Valeur
80 bits
64 bits
160 bits
dans la version 0.0 permettaient la récupération de la clef de chiffrement. Cela a été corrigé
dans la version courante (1.0).
La meilleure attaque théorique connue jusqu’à présent est une attaque par force brute. Il
existe, pour certaines clefs seulement, une attaque par clef apparentée, mais leur nombre est
dérisoire par rapport au nombre de clefs possible. Il est donc possible de ne pas se soucier de
ces clefs, tout en ne compromettant pas la sécurité.
Implémenté avec un FPGA, qui est un environnement typique pour Grain, ce chiffrement
performe à 4, 475 Gbit/s [37].
Le temps de traitement de la fonction de hachage cryptographique SHA-1 – cette fonction
étant légèrement plus complexe que MD5 – reste négligeable sur du matériel modrene.
Étude de l’authentification Le Secure Remote Password Protocol est un protocole interactif qui permet d’authentifier une personne auprès d’une autre. Le SRP et le FeigeFiat-Shamir Identification Scheme (FFS) sont deux variations mathématiques basées sur les
propriétés spéciales des nombres premiers. Pour modéliser le fonctionnement du SRP, voici
une mise en scène où Pierre, le « prouveur », veut démontrer à Victor, le « vérificateur »,
qu’il est bel et bien la personne qu’il prétend être.
Avant même que la preuve d’identité prenne place, il est nécessaire de faire certains
calculs. Pour commencer l’on prend un ensemble précis de constantes, une fonction de hachage
cryptographique H, un nom d’utilisateur l et un mot de passe p (ces deux dernières quantités
sont préalablement converties en nombres).
– Prendre deux nombres premiers N et q, tel que N = 2q + 1 ;
– Choisir g, où g est un générateur du groupe multiplicatif modulo N 2 ;
– Calculer k = H(N, g) ;
– Choisir un sel cryptographique s, c’est-à-dire un petit nombre qui fait varier le résultat
de la fonction de hachage.
– Calculer x = H(s, p), puis v = g x ;
– Choisir trois nombres aléatoires a, b, et u tel que u 6= 0.
Victor conserve, par exemple dans une base de données, le nom d’utilisateur de Pierre
ainsi que les quantités v et s. Celles-ci serviront à vérifier l’identité de Pierre. La preuve en
tant que telle se fait selon les étapes suivantes :
1. Pierre transmet son nom d’utilisateur et A, où A = g a (mod N ).
2. Victor transmet s et B, où B = kv + g b (mod N ).
2. Consulter [47] pour une description mathématique détaillée.
42
3. Chacun calcule H(A, B) de son côté.
4. Pierre calcule KPierre = H ((B − kg x )a+ux ).
5. Victor calcule KVictor = H (Av u )b .
6. Pierre transmet M1 , où M1 = H (H(N ) ⊗ H(g) | H(l) | s | A | B | KPierre ). ⊗ est l’opérateur logique « ou exclusif », et | dénote la concaténation numérique.
7. Victor vérifie la valeur de M1 , puis transmet M2 tel que M2 = H (A | M | KVictor ).
8. Pierre vérifie la valeur de M2 .
Si A ≡ 0 (mod N ) ou B ≡ 0 (mod N ), la transaction est immédiatement terminée et la
preuve a échoué. Il en va de même si Victor constate que M1 6= M2 . Cette dernière condition,
lorsque M1 ≡ M2 , prouve hors de tout doute l’identité de Pierre auprès de Victor. La manière
de calculer M1 et M2 présentée ici est celle du document RFC-2945 [41] ; il existe d’autres
possibilités.
La vitesse d’exécution de ce protocole dépend principalement du nombre de transmissions,
bien que le choix de la fonction de hachage cryptographique ait une certaine importance. En
observant les étapes énumérées ci-haut, on voit qu’il y a en tout 4 échanges d’information.
À cause de la structure du projet, où le serveur central démarre la communication avec
les clients, il faut ajouter à la toute fin la transmission de la réussite (ou de l’échec) de la
vérification du client vers le serveur. Il y a donc réellement 5 échanges entre les deux parties.
6.1.4
Étude de l’alimentation électrique L’alimentation électrique à l’intérieur de la voiture
concerne entre autres les systèmes suivants : l’écran, le système de stockage de données à
l’intérieur du véhicule, la transmission des données au ministère, la gestion des données et
finalement le module GPS. Le tableau suivant décrit l’alimentation de chaque système.
Tableau 6.3 – Alimentation électrique
Système
Écran
Stockage de données
Transmission des données
Gestion des données
GPS
Total
Alimentation
0,92 W
0,33 W
0,37 W
2,18 W
0,19 W
3,99 W
La consommation pour cette solution est moyenne, puisque chaque composante nécessite un peu d’énergie. La consommation de l’écran a pu être calculée par la consommation
moyenne des écrans LCD de surfaces différentes. Il faut savoir que la consommation électrique est proportionnelle à la surface d’affichage. Ainsi, en sachant qu’un écran de 15 pouces
de diagonale consomme 4,63 W, il est possible de connaître la consommation de l’écran de
43
6 12 pouces. Parce qu’un pouce vaut 2,54 cm, il est possible de déterminer l’aire des deux
écrans, soit 697 cm2 et 138 cm2 respectivement pour l’écran 15 pouces et celui de 6 12 pouces.
Par la suite, une simple règle de trois nous donne la consommation x : 697/138 = 4, 63/x
qui est égale à 0,92 W. L’addition de la consommation électrique de toutes les composantes
donne la consommation totale dans le véhicule. Celle-ci vaut 3,99 W. (Références : [71].)
Étude de la masse Pour l’étude de la masse, il s’agit en fait de la masse ajoutée au
véhicule qui est considérée. La masse de chaque composante se retrouve au chapitre 5. La
synthèse est présentée au tableau 6.4.
Tableau 6.4 – Synthèse de la masse des composantes du système
Composante
Stockage
Localisation
Système de transmission
Unité de traitement
Affichage
Total
Masse
11,4 g
2,0 g
19,0 g
50,0 g
330,0 g
0,0 g
412,4 g
Étude de la vitesse de traitement dans les véhicules En ce qui concerne la vitesse
de traitement dans les véhicules, ce n’est pas la vitesse de l’horloge qui est considérée, mais
plutôt le nombre d’instructions par secondes que celui-ci est capable d’exécuter (en MIPS).
Ces données sont disponibles à la section 5.7. Pour ce concept, la composante utilisée permet
13 MIPS, ce qui devrait permettre de préparer un paquet en moins d’une seconde.
Étude de la vitesse de traitement sur les serveurs Pour la vitesse de traitement des
serveurs, plusieurs points sont considérés. Ceux-ci sont : le nombre de machines, le nombre
de processeurs, le nombre de cœurs de chaque processeur, l’horloge de chaque cœur, ainsi que
la vitesse du FSB. Ces données pour le Xeon de Intel sont disponibles à la section 5.8 et
Tableau 6.5 – Caractéristiques de l’unité de traitement du serveur
Machines
2
Processeurs
2
Coeurs
4
Horloge
3,16 GHz
FSB
1333 MHz
44
6.1.5
Coûts
Étude des coûts du matériel dans les véhicules Pour les coûts du matériel, seules
les composantes qui seront sur le véhicule sont considérées. Le coût de chaque composante
se retrouve au chapitre 5. La synthèse est présentée au tableau 6.6. Le coût total inclut les
taxes de 5 % (TPS/TVH) et de 7, 5 % (TVQ).
Tableau 6.6 – Synthèse du coût des composantes du système
Composante
Stockage
Localisation
Affichage
Total
Coût
17,10 $
55,20 $
85,00 $
385,00 $
230,00 $
0,00 $
871,73 $
Étude des coûts des serveurs Les coûts des serveurs se composent des coûts des serveurs
de stockage des données, des serveurs de traitements des données ainsi que d’un cabinet de
rangement des serveurs. Il faut aussi ajouter les taxes en vigueur – de 5 % et de 7,5 %. En
consultant les tableaux des spécifications, on obtient :
(74556 + 2 · 3500 + 997) · 1, 05 · 1, 075 = 93181, 70 $
Ceci est le coût total des serveurs de ce concept. Nous utilisons seulement un cabinet
puisque le volume offert est suffisant.
Étude des coûts par transmission Pour établir le coût par transmission, les informations
de la section 4.2.2 et du tableau C.1 seront utilisées. Les informations nécéssaires sont le coût
par volume de données, soit 0,05 $ par Ko, et le volume de chaque transmission, soit 56 octets
par transmission. Cependant, il faut prévoir 16 octets pour l’éventuel en-tête de transmission,
ce qui amène à 72 octets par transmission.
0, 05 $
72 octets
1 Ko
0, 01 $
×
×
=
Ko
Transmission 1024 octets
Transmission
6.1.6
Convivialité
Étude du volume des composantes Le volume des composantes est une partie importante, puisque les composantes utilisées ne doivent pas encombrer les passagers du véhicule.
Le volume de chaque composante du concept 1 est présenté dans le tableau 6.7. Cela comprend l’écran, les composantes pour le GPS, pour le stockage des données, pour la gestion
des données et pour la transmission des données au ministère.
45
Tableau 6.7 – Volume des composantes du système
Composante
Écran
Système de stockage des données
GPS
Total
Vrai total
Volume (cm3 )
172,83
5,20
13,30
144,00
0,69
336,02
369,62
Il est possible de calculer le volume d’une composante très facilement. Il suffit de multiplier la hauteur par la largeur par la profondeur, ou de simplement prendre le volume tout
dépendement des informations disponibles dans les tableaux descriptifs. Une fois toutes ces
données réunies, la somme des composantes est calculée pour trouver le volume totale dans
le véhicule, qui est de 336, 02 cm3 . Afin d’éviter les surprises, il est nécessaire d’augmenter
légerement le résultat obtenu, puisqu’il est possible qu’autour de nos pièces il y ait de l’espace
perdu. Ainsi, 10 % d’erreur est ajouté au résultat pour éviter des problèmes d’espace. Le bon
résultat est donc de 369, 62 cm3 .
Étude de la luminosité de l’affichage Pour ne pas aveugler le conducteur, il est important que l’écran n’ait pas une trop grande luminosité. La luminosité peut être calculée
avec les unités de candela par mètre carré ( mcd2 ). Pour cette solution, la seule luminosité à
étudier est celle de l’écran, qui est de 350 mcd2 . Cette valeur se retrouve un peu après celle de
la luminosité idéale, qui est de 300 mcd2 . C’est donc un bon choix d’écran. Une caractéristique
importante de l’écran LCD est son ajustabilité. Donc, si la luminosité est trop grande ou trop
basse, le conducteur peut ajuster celle-ci pour être comfortable.
Étude de la surface d’affichage La surface d’affichage est un facteur d’influence considérable, étant donné que plus l’écran a une grande surface, plus il peut déranger le conducteur.
Il se doit aussi d’être d’une aire bien choisie ; s’il est trop petit le chauffeur ne verra rien. Il
n’y a qu’un seul écran qui doit être évalué pour la surface d’affichage. C’est un écran LCD de
155 mm de largeur et 89,2 mm de hauteur, ce qui donne une aire de 13826 mm2 , ou encore
138, 26 cm2 . Ce n’est donc pas un écran trop petit, ni trop gros. La technologie employée
satisfait à nos besoins.
6.2
6.2.1
Durée de vie
Étude du vieillissement De la même façon que pour le concept 1, il s’agira de prendre
la donnée qui possède le MTBF le plus faible. Pour le concept 2, il s’agit du Siemens HC25,
46
qui ne dure que 10 ans.
Étude des secousses La procédure est la même que pour le comcept 1. Il s’agit de prendre
la valeur de la pièce ayant la résistence aux secousses la plus faible. Pour le concept 2, c’est
le Siemens HC25 avec seulement 25 G.
6.2.2
Stockage
Étude du stockage des données locales De la même façon que le concept de solution
1 (6.1.2), la quantité de données à bord du véhicule s’obtient directement du tableau 5.5 et
est de 128 Mo.
Étude du stockage des données globales La quantité utile de données qui peuvent être
stockées pour ce concept est la quantité de données sur les serveurs iServ Q501 de la section
5.2.4. La capacité de stockage utile est donc de 4 × 26 To = 104 To.
Étude de l’intégrité des données Pour ce concept de solution, les risques de perdre des
données sont très faibles, puisqu’une sauvegarde des données est effectuée sur des rubans
magnétiques. Cependant, si un ruban se brise ainsi qu’un disque sauvegardé sur ce ruban,
les données sont perdues. L’efficacité lors de la récupération des données si un disque dur
brise n’est pas très élevée. En effet, si le ruban de sauvegarde n’est pas dans la librairie, un
employé devra le charger avant de commencer la récupération des informations. Ce concept
n’étant pas totalement sécuritaire et efficace, on lui donne une note de 0,6.
6.2.3
Étude de la connectibilité Se référer à la sous-section 6.1.3.
Étude de la bande passante Se référer au concept 1. Malgré l’unité de traitement qui
diffère, la bande passante sera limitée par la section la plus lente, soit la transmission évaluée
précédemment.
Étude des performances cryptographiques et de l’authentification Se référer à
la sous-section 6.1.3 pour la description détaillée des performances cryptographiques et de
l’authentification.
6.2.4
Étude de l’alimentation électrique L’alimentation électrique à l’intérieur de la voiture
concerne les mêmes parties que pour la première solution proposée. Cependant, certains
concepts ont changé. L’écran et la transmission des données au Ministère des Transports
sont les mêmes. Cependant, le système de stockage de données à l’intérieur du véhicule, la
47
gestion des données et le module GPS sont tous différents de la première solution. Le tableau
qui suit décrit l’alimentation de chaque système.
Système
Écran
GPS
Total
Alimentation
0,92 W
0,83 W
0,37 W
0,60 W
0,40 W
3,12 W
La consommation pour cette solution est un peu moins élevée que celle du concept 1. Ceci
est en partie dû à la gestion des données qui utilise un module un peu moins énergivore. La
consommation de l’écran a pu être calculée par la même méthode qu’à la première solution.
L’addition de la consommation électrique de toutes les composantes donne la consommation
totale dans le véhicule, qui vaut 3,12 W.
Étude de la masse La même méthode que pour le premier concept (6.1) est utilisée. La
masse de chaque composante se retrouve au chapitre 5. La synthèse est présentée au tableau
6.9.
Composante
Stockage
Localisation
Affichage
Total
Masse
40,0 g
1,6 g
10,0 g
6,0 g
0,0 g
0,0 g
57,6 g
Étude de la vitesse de traitement dans les véhicules Même façon de procéder qu’à
la section 6.1.4. Pour ce concept, la composante utilisée permet 54 MIPS, ce qui devrait
permettre de préparer un paquet en moins d’une seconde.
Étude de la vitesse de traitement sur les serveurs Pour la vitesse de traitement
des serveurs, les mêmes points qu’à la section 6.1.4 sont considérés. Cependant, ce concept
permet une approche modulaire, c’est-à-dire que l’ajout de plusieurs cartes est possible. Les
48
données pour une carte sont disponibles à la section 5.8 et sont présentées au tableau 6.10
pour 3 cartes.
Machines
3
6.2.5
Processeurs
1
Cœurs
2
Horloge
2,40 GHz
FSB
1066 MHz
Coûts
Étude des coûts du matériel dans les véhicules La même méthode que pour le premier
concept (6.1) est utilisée. Le coût de chaque composante se retrouve au chapitre 5. La synthèse
est présentée au tableau 6.11. Le coût total inclut les taxes de 5 % (TPS/TVH) et de 7,5 %
(TVQ).
Composante
Stockage
Localisation
Affichage
Total
Coût
36,30 $
99,00 $
120,00 $
29,00 $
0,00 $
0,00 $
320,90 $
Étude des coûts des serveurs Les coûts du concept se composent des mêmes éléments
que pour le concept 1, auquel on ajoute la librairie de rubans magnétique. On doit aussi
ajouter le nombre de rubans, chacun d’une capacité de 1,6 To, ainsi que dix cartouches de
nettoyage. On obtient ainsi :
h
i
49704 + 7465 + 3 · 1550 + 997 + 104
· 88, 91 + 10 · 60, 35 = 69198, 65
1,6
69198, 65 · 1, 05 · 1, 075 = 78107, 98 $
qui est le coût de tout l’équipement des serveurs du concept de solution 2.
Étude des coûts par transmission Pour établir le coût par transmission, le même raisonnement et les mêmes données qu’à la section 6.1.5 sont utilisées. Le coût par transmission
est donc de : 0, 01 $/Transmission
49
6.2.6
Convivialité
Étude du volume des composantes Il est possible d’observer le volume des composantes dans le véhicule pour le concept 2 dans le tableau ci-dessous. Il comprend l’écran, les
composantes pour le GPS, pour le stockage des données, pour la gestion des données et pour
la transmission des données au ministère.
Tableau 6.12 – Volume des composantes du système
Composante
Écran
Système de stockage des données
GPS
Total
Vrai total
Volume (cm3 )
172,83
35,00
13,30
8,52
0,06
229,71
252,68
La méthode pour calculer le volume est toujours la même. Une fois toutes les données
réunies, il suffit de les additionner pour trouver le volume total des composantes dans le
véhicule, qui est de 229, 71 cm3 . C’est beaucoup moins qu’au premier concept, en raison du
système de gestion des données qui est beaucoup moins volumineux. En terme de volume,
cette solution est meilleure, mais cela ne veut pas dire qu’elle est meilleure pour les autres
critères. Comme dans la solution 1, un certain pourcentage est ajouté pour l’espace perdu,
soit 10 %. Ainsi la vraie valeur totale est de 252, 68 cm3 .
Étude de la luminosité de l’affichage Pour cette solution, le même écran est évalué,
puisque les écrans déjà présent dans les voitures varient d’un modèle à l’autre. Cependant,
ils sont généralement conçus pour satisfaire à des normes strictes. Par exemple, ils ne doivent
pas être trop éblouissants. Ils respectent donc nos exigences par défaut. La luminosité de
l’écran LCD est la même, soit de 300 mcd2 .
Étude de la surface d’affichage Pour les mêmes raisons qu’à l’évalution de la luminosité de l’affichage, le même affichage qu’à la première solution est utilisé, avec une aire de
138, 26 cm2 .
6.3
6.3.1
Durée de vie
Étude du vieillissement De la même façon que pour les concepts 1 et 2, il s’agit de
prendre la pièce qui possède le MTBF le plus petit. Pour le concept 3, il s’agit du Telit
GM862-QUAD, avec une durée de vie de 10 ans.
50
Étude des secousses On procède de la même façon que pour les comcepts 1 et 2. La
partie possédant la résistance aux secousses la plus faible est le Telit GM862-QUAD, avec
30 G.
6.3.2
Stockage
Étude du stockage des données locales Comme pour le concept 2 (section 6.2.2), la
capacité de stockage de données à bord du véhicule est de 128 Mo.
Étude du stockage des données globales La configuration des serveurs de ce concept
est en RAID 1. La capacité utile est donc la moitié de la capacité totale sur les serveurs. On
obtient cette capacité dans le calcul suivant à partir des données de la section 5.2.3.
8 × 26
= 104 To
2
Étude de l’intégrité des données La sécurité des données est relativement grande, puisqu’il y a de la redondance pour les disques durs. Chaque donnée se retrouve donc sur deux
disques durs différents. Cependant, si ces deux disques brisent dans un interval de temps
assez court, l’information qu’ils contiennent sera perdue. De plus, il faut copier un disque
dur en entier vers un autre s’il y en a un qui cesse de fonctionner, ce qui ralentit l’accès aux
données. Nous attribuons donc une note de 0,8 pour ce concept.
6.3.3
Étude de la connectibilité et de la bande passante Se référer à la sous-section 6.1.3.
Étude des performances cryptographiques La table 6.13 résume les principales caractéristiques du chiffrement de flux Rabbit. Même si le principal atout de l’utilisation de Rabbit
est son extrême rapidité logicielle par rapport aux autres chiffrements, le choix judicieux des
opérations mathématiques qui le composent fait que son empreinte matérielle reste petite.
Ainsi, Rabbit est portable sur une multitude de plateformes, tout en ne nuisant pas à sa
performance.
Tableau 6.13 – Détails techniques du chiffrement de flux Rabbit
Caractéristique
Clef
Vecteur d’initialisation
État interne
Valeur
128 bits
64 bits
128 bits
Sur un microprocesseur ARM7TDMI, typique dans le monde des systèmes embarqués,
Rabbit traite 1 bit d’information à chaque 9, 58 cycles [30]. Ce nombre a été transformé en
0, 25 Gbit/s, pour pouvoir comparer la performance de Rabbit avec celle de Grain.
51
La fonction de hachage MD5 est utilisée ici comme vérification de l’intégrité des données
transmises. Les collisions existantes ne sont pas pertinentes à l’usage de cette fonction dans
le projet présent. Le temps de traitement, sur du matériel moderne, est presque instantané.
Étude de l’authentification Le Feige-Fiat-Shamir Identification Scheme est, comme le
Secure Remote Password Protocol décrit à la sous-section 6.1.3, un protocole interactif d’authentification. Le protocole intégré au concept « Rapide 1 » est plus simple d’implémentation
que son équivalent de « Rapide 2 ».
Le FFS, par sa nature même, offre une grande flexibilité quant à la force du chiffrement
et le nombre d’allers-retours voulus. Si ce protocole est adapté aux besoins de ce projet, il est
possible d’atteindre un minimum de 3 allers entre les deux parties. Ce choix a pour conséquence la transmission d’une plus grande quantité d’informations à chaque envoi. Cependant,
ce désavantage est largement compensé par la minimisation du nombre de transmissions.
L’utilisation de ce protocole nécessite, comme pour le SRP, quelques étapes de préparation. La description suivante reprend les deux personnages introduits à la section 6.1.3,
c’est-à-dire Pierre et Victor. Au tout début, Pierre choisit deux nombres premiers suffisamment grands, p et q, et calcule leur produit : n = pq.
Par la suite, Pierre prend un certain nombre d’entiers s1 , s2 , · · · , sk , où si et n sont
copremiers, puis calcule vi ≡ s2i (mod n). Pierre transmet n et la série v à Victor ; ce sont
les nombres « publics. » La série s reste secrète.
L’authentification propre est composée des étapes suivantes :
1. Pierre choisit aléatoirement un entier r et un signe s ∈ {−1, 1}, et calcule s · x ≡ r
(mod n). x est transmi à Victor.
2. Victor choisit a1 , a2 , · · · , ak , où ai ∈ {0, 1}. Victor transmet ces nombres à Pierre.
3. Pierre calcule y ≡ rsa11 sa22 · · · sakk (mod n), et envoie y à Victor.
4. Victor vérifie que y 2 ≡ ±xv1a1 v2a2 · · · vkak (mod n).
Si les échanges se sont déroulés correctement, la dernière équation est vraie. Dans tel cas,
Victor a une preuve partielle de l’identité de Pierre. Il est possible qu’un malfaiteur se soit fait
passer pour Pierre et ait réussi à tromper Victor. Une manière de contrer cette éventualité
est de recommencer les étapes du protocole autant de fois qu’il est jugé nécessaire.
Les chances qu’une personne vole l’identité d’une autre sont alors de 1/2kt , où t est le
nombre de répétitions. Pour k suffisamment grand, il est possible de réduire t à une seule
fois. D’autres valeurs de t imposeraient un trop grand traffic sur le réseau de transmission.
6.3.4
Étude de l’alimentation électrique Dans cette solution, l’alimentation électrique contient
l’affichage 7 segments, qui demande un peu moins d’énergie pour fonctionner que l’écran LCD.
Sensiblement les mêmes systèmes se retrouvent à l’intérieur de la voiture. Voici un tableau
(6.14) qui englobe ce point dans le véhicule.
52
Système
Alimentation
Écran
GPS
Total
0,48 W
0,83 W
0,37 W
0,29 W
0,40 W
6,32 W
L’alimentation électrique pour cette solution est un peu moins énergivore, en raison de
la consommation plus faible de l’affichage en 7 segments qui est obtenue en calculant tout
simplement la consommation des plaquettes MAX7219 et des 7 segments. La consommation
des plaquettes MAX7219 est calculée en multipliant l’intensité du courant par la tension
maximale, donc 5 V × 0, 008A = 0, 04 W, deux fois, ce qui fait une consommmation pour les
plaquettes de 0,08W W pour l’affichage. Pour les 7 segments, la même formule est employée :
2, 5 V × 0, 01A = 0, 025 W. Comme il y en a seize, nous obtenons 0,4 W. En additionnant
la consommation des plaquettes à celle des 7 segments, nous obtenons la consommation
électrique de l’affichage qui est de 0,48 W. La gestion des données est aussi un peu moins
gourmande en énergie, ce qui fait qu’en additionnant toutes ces consommations énergétiques,
nous obtenons une consommation totale de 2,43 W.
Étude de la masse Pour l’étude de la masse, on procède comme pour les concepts 1
(6.1) et 2 (6.2). La masse de chaque composante se retrouve au chapitre 5. La synthèse est
présentée au tableau 6.15.
Composante
Stockage
Localisation
Affichage
Total
Masse
11,4 g
9,0 g
19,0 g
3,0 g
1,0 g
72,0 g
115,4 g
Étude de la vitesse de traitement dans les véhicules La façon de procéder ici est la
même qu’à la section 6.1.4. Pour ce concept, la composante utilisée permet 40 MIPS, ce qui
devrait permettre de préparer un paquet en moins d’une seconde.
53
Étude de la vitesse de traitement sur les serveurs Pour la vitesse de traitement des
serveurs, les mêmes points qu’à la section 6.1.4 sont considérés. Les données sont disponibles
à la section 5.8 et sont présentées au tableau 6.16.
Machines
3
6.3.5
Processeurs
2
Coeurs
4
Horloge
3,16 GHz
FSB
1333 MHz
Coûts
Étude des coûts du matériel dans les véhicules Pour les coûts du matériel, la même
méthode qu’aux concepts 1 (6.1) et 2 (6.2) est utilisée. Le coût de chaque composante se
retrouve au chapitre 5. La synthèse est présentée au tableau 6.17. Le coût total inclut les
taxes de 5 % (TPS/TVH) et de 7,5 % (TVQ).
Composante
Stockage
Localisation
Affichage
Total
Coût
17,10 $
80,00 $
85,00 $
1790,00 $
40,00 $
120,00 $
2406,61 $
Étude des coûts des serveurs Les coûts des serveurs se composent des mêmes éléments
qu’au concept 1 (section 6.1.5). Nous devons cependant utiliser deux cabinets pour avoir
l’espace nécessaire afin d’entreposer les serveurs. Ces coûts sont évalués dans la formule
suivante.
(112696 + 2 · 3500 + 2 · 997) · 1, 05 · 1, 075 = 137357, 59 $
Ce montant correspond aux coûts concernant les serveurs pour ce concept.
Étude des coûts par transmission Pour établir le coût par transmission, le même raisonnement et les mêmes données qu’à la section 6.1.5 sont utilisées. Le coût par transmission
est donc de 0, 01 $/Transmission.
54
6.3.6
Convivialité
Étude du volume des composantes Le volume des composantes est un facteur qui peut
avoir beaucoup de conséquences s’il est trop exagéré. C’est pourquoi la valeur minimale de
50 cm3 et la valeur maximale de 10000 cm3 ont été fixées. Les pièces qui entrent dans le calcul
du volume sont : l’écran, les composantes pour le stockage des données, le module GPS, la
gestion des données, les batteries et les composantes pour la transmission des données au
ministère. Dans le tableau 6.18 sont contenues toutes les informations sur l’espace occupé
par les différentes pièces.
Tableau 6.18 – Volume des pièces
Composante
Écran
GPS
Batteries
Total
Vrai total
Volume (cm3 )
10,00
35,00
13,30
161,00
0,69
15,72
235,71
259,28
Dans cette solution, l’affichage est produit par un écran consistué de 7 segments. Pour
calculer son volume, il faut additionner le volume des seize 7 segments au volume des plaquettes MAX7219. Les plaquettes ont des dimensions de 35, 05 mm de largeur, de 8, 26 mm de
hauteur et de 8, 26 mm d’épaisseur. Pour deux plaquettes, ceci donne un volume de 4, 78 cm3 .
Les 7 segments ont des dimensions de 0, 5 mm d’épaisseur, de 16 mm de largeur et de 25 mm
de hauteur. Pour les seize, nous obtenons un volume de 3, 2 cm3 .
En additionnant le volume des plaquettes et des 7 segments, ce module a un volume de
7, 98 cm3 . Puisqu’il y aura un peu d’espace perdu autour de ce module, nous pouvons estimer
le tout à 10 cm3 . Il est bon de noter que le volume est petit parce que l’épaisseur est plutôt
petite.
Par la suite, il suffit d’additionner la valeur des volumes des autres composantes pour trouver le volume total de 235, 71 cm3 . Comme dans les autres solutions, un certain pourcentage
est ajouté pour l’espace perdu, soit 10 %. Ainsi la vraie valeur totale est de 259, 28 cm3 .
Étude de la luminosité de l’affichage Il est possible de calculer la luminosité de l’affichage qui sera utilisée dans le véhicule. Il est spécifié que les 7 segments émettent 0, 022 cd
pour une surface de 1 cm2 . Il faut donc multilpier par 16, étant donné que nous avons autant
de 7 segments. Il faut aussi multiplier par 10000 puisque nous ramenons le tout en mètres carrés. Cela donne le calcul suivant : 0, 0022 × 16 × 10000. Le grand total est alors de 352 cd/m2 .
Cette valeur ressemble beaucoup à celle du LCD. Cependant, le LCD est ajustable, donc il
est plus pratique pour le conducteur.
55
Étude de la surface d’affichage La surface d’affichage est celle de l’écran 7 segments
puisque c’est le seul écran. La surface est calculée en multipliant la hauteur de l’affichage par
sa largeur, qui sont respectivement de 25 mm et 16 mm, ce qui donne 4 cm2 . Parce que nous
avons besoin de seize 7 segments, ceci nous donne un grand total de 64 cm2 . Cette surface est
juste assez grande pour qu’on puisse lire ce qui est écrit, tout en étant à la limite minimale
de ce que l’on peut obtenir de meilleur en termes de volume et d’aire.
6.4
Synthèse des résultats
Tableau 6.19 – Synthèse des résultats
Critères
4.1 Durée de vie
Vieillissement
Secousses
4.2 Stockage
Données locales
Données globales
Connectibilité
Bande passante
Cryptographie
Authentification
Masse
Traitement serveurs
4.5 Coûts
Véhicules
Serveurs
Par transmission
4.6 Convivialité
Volume composantes
1
Concept 1
Concept 2
Concept 3
10 ans
18 G
10 ans
25 G
10 ans
30 G
128 Mo
104 To
1,0
128 Mo
104 To
0,6
128 Mo
104 To
0,8
2715648 conn./s
56 kbps
4, 475 Gbit/s
5 allers
2715648 conn./s
56 kbps
4, 475 Gbit/s
5 allers
2715648 conn./s
56 kbps
0, 25 Gbit/s
3 allers
3, 99 W
412, 4 g
<1s
2 ; 2 ; 4 ; 3,16 ; 13331
3, 12 W
57, 6 g
<1s
3 ; 1 ; 2 ; 2,40 ; 10661
2, 43 W
115, 4 g
<1s
2 ; 2 ; 4 ; 3,16 ; 13331
871, 73 $
93181,70 $
0, 01 $
320, 90 $
78107,98 $
0, 01 $
2406, 61 $
137357,59 $
0, 01 $
369, 62 cm3
350 cd/m2
138, 26 cm2
252, 68 cm3
350 cd/m2
138, 26 cm2
259, 28 cm3
352 cd/m2
64, 00 cm2
Représente : nombre de machines ; nombre de processeurs par machine ;
nombre de cœurs par processeur ; horloge (GHz) ; FSB (MHz).
Chapitre 7
Concept retenu
7.1
Matrice de décision
La matrice de décision, présentée au tableau 7.1, reprend les informations synthétisées
dans 6.19. Cette fois-ci, les valeurs numériques ont été transformées par les équations des
barèmes vus au cahier des charges 4.1.
Le lecteur pourra retenir de la matrice décisionnelle quelques points saillants. On remarque
que le concept 1 se démarque globalement par une légère avance sur les deux autres concepts.
Cependant, il faut se fier aux nombres à l’échelle inférieure pour bien évaluer chacune des
solutions proposées.
Une première distinction est au niveau de l’intégrité des données stockées. Ce point est
très important parce qu’il est question de rigueur scientifique. Il ne peut y avoir aucune perte,
ni corruption, pour réaliser à bien l’étude de l’émission des GES.
Par la suite, on voit que le choix des technologies de cryptographie impose une grande
séparation entre les concepts. Ce point, qui a la plus grande pondération dans la section
« Transmission efficace, » donne une meilleure note aux deux premiers concepts.
De plus, bien que l’achat des serveurs pour le projet gouvernemental soit un évènement
ponctuel, le coût imposé est loin d’être négligeable. Même si le concept 1 n’est que deuxième
après le concept 2, il le suit de près et est loin devant le concept 3.
Malgré le fait que dans plusieurs sections le concept 1 n’est pas le meilleur, son pointage
final est plus élevé. L’agencement des différentes parties n’a pas été nécessairement fait en
ordre de score décroissant, c’est-à-dire automatiquement attribuer la meilleure section au
premier concept et la pire au dernier. La coopération et le bon fonctionnement entre tous les
critères ont été pris en compte. De cette manière, le concept 2 aurait pu constituer un choix
raisonnable. Pourtant, l’objectivité numérique montre que le premier concept est supérieur
aux autres.
56
57
CHAPITRE 7. CONCEPT RETENU
Tableau 7.1 – Matrice de décision
4.1 Durée de vie
Vieillissement
Secousses
4.2 Stockage
Données locales
Données globales
Connectibilité
Bande passante
Cryptographie
Authentification
Masse
Traitement serveurs
4.5 Coûts
Véhicules
Serveurs
Par transmission
4.6 Convivialité
Volume composantes
Total
7.2
Pond.
10 %
6%
4%
15 %
6%
5%
4%
35 %
9%
7%
12 %
7%
20 %
8%
4%
4%
4%
10 %
5%
2%
3%
10 %
4%
3%
3%
100 %
Concept 1
1, 4 %
0,0 %
1,4 %
11, 7 %
4,8 %
2,9 %
4,0 %
26, 5 %
9,0 %
7,0 %
5,4 %
5,1 %
17, 0 %
5,3 %
3,9 %
4,0 %
3,8 %
7, 4 %
3,4 %
1,0 %
3,0 %
6, 8 %
3,4 %
2,4 %
1,0 %
70, 8 %
Concept 2
2, 1 %
0,0 %
2,1 %
10, 1 %
4,8 %
2,9 %
2,4 %
26, 5 %
9,0 %
7,0 %
5,4 %
5,1 %
15, 0 %
6,1 %
4,0 %
4,0 %
0,9 %
9, 1 %
4,8 %
1,3 %
3,0 %
7, 0 %
3,6 %
2,4 %
1,0 %
69, 8 %
Concept 3
2, 6 %
0,0 %
2,6 %
10, 9 %
4,8 %
2,9 %
3,2 %
23, 0 %
9,0 %
7,0 %
0,3 %
6,7 %
18, 5 %
6,7 %
4,0 %
4,0 %
3,8 %
3, 3 %
0,01 %
0,3 %
3,0 %
8, 2 %
3,6 %
2,4 %
2,2 %
66, 5 %
Concept retenu
En plus des raisons décrites à la précédente section (7.1), le concept 1 est retenu pour
la qualité et la performance de ses éléments. Ceux-ci respectent individuellement toutes les
restrictions initiales du projet SEVA.
De plus, les coûts des composantes et de l’utilisation du réseau de communication ont
été envisagés de manière stricte. Cela est dû à l’envergure du projet, où n’importe quelle
différence financière se répercute plusieurs millions de fois. Dans ce but, l’achat des serveurs
et des modules peut se faire selon un budget restreint.
Tous les éléments dans les véhicules sont assez solides et fiables pour fonctionner pendant
au moins 10 ans, c’est-à-dire la restriction minimale de durée de vie du projet, et peuvent
être soumis à toute condition routière envisageable au Québec sans crainte de bris matériels.
58
À cela se rajoute le critère du volume des composantes. Ce dernier a été minimisé pour
permettre une meilleure intégrabilité aux divers véhicules existants.
Pour ce qui est de la masse totale du système, celle-ci est très négligeable, surtout lorsque
comparée à celle d’un véhicule. Par conséquent, l’augmentation de la consommation en carburant du véhicule sera très faible, voire nulle.
Les serveurs de données permettent de conserver plus de données que le minimum pour
être flexible quant au nombre de véhicules et à la distance parcourue par véhicule. La configuration RAID 5 sur les serveurs permet une très bonne protection contre la perte de données
et améliore aussi les performances d’accès aux données. Pour le stockage sur le véhicule, la
carte CompactFlash assure l’intégrité des données du véhicule. Sa capacité permet de stocker
toutes les données du véhicule en plus de contrer les variations de la quantité de données à
conserver par véhicule.
Le module GPS de Navman, Jupiter 32, basé sur la technologie SiRFstarIII est excellent
pour la localisation. Il est facilement configurable grâce à son interface UART et supporte
bien sûr le protocole NMEA qui lui permet de fournir la trame GPRMC.
L’ensemble de technologies cryptographiques « Rapide 2 » est le plus performant. Il minimise la charge de calcul matérielle tout en conservant l’intégrité en ce qui concerne la
confidentialité (Grain) et la transmission des données (SHA-1 ). De plus, cet ensemble inclut
une méthode d’authentification mathématiquement inviolable (SRP).
L’alimentation des composantes intégrées aux véhicules se fait directement à même l’alternateur déjà présent. Celui-ci fournit de grandes quantités d’énergie. Il est donc possible
d’en utiliser une fraction pour fournir le module et le senseur de gaz, sans nuire au bon
fonctionnement du véhicule.
L’unité de traitement 6030 d’Octagon Systems permet d’effectuer tous les calculs requis
par l’ensemble des besoins cryptographiques et d’intégrité en plus de gérer les données relatives à la localisation, les émissions de GES, les transmissions, l’affichage et ce, en un temps
record.
Les serveurs de traitements Xeon de Intel offrent des performances à la fine pointe de
la technologie, permettant ainsi d’assurer le traitement rapide et efficace des transmissions
de données.
L’écran LCD a été choisi parmi les diverses technologies offertes à cause de sa capacité à
s’adapter aux conditions ambiantes. Sa luminosité peut être ajustée en fonction des facteurs
environnementaux, le tout restant lisible et informatif.
7.3
Conclusion
En résumé, le concept global proposé par Sæhrímnir répond adéquatement aux exigences
imposées par le Ministère des Transports. Les éléments détaillés dans le présent document,
lorsque utilisés conjointement, permettront la surveillance environnementale des véhicules
automobiles au Québec. Le choix judicieux des diverses composantes ne fait pas seulement
que répondre aux restrictions fondamentales, mais reste suffisamment flexible advenant des
changements dans le projet gouvernemental. Cela est fait en minimisant les coûts matériels
et personnels. Ainsi, le système réalisé par Sæhrímnir est celui à choisir.
59
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NEO-4S_Data_Sheet(GPS.G4-MS4-06107).pdf, (Page consultée le 3 avril 2008)
Annexe A
Technologies de stockage
Tableau A.1 – Spécifications du LH-2B1S de Lite-on
Blu-ray inscriptibles
Disques inscriptibles
Vitesse d’écriture
Compatiblité
Capacité d’un blu-ray
Coût [15]
Évaluation
BD-R et BD-RE
CD, DVD, Blu-ray
2 × maximum
Microsoft Windows XP SP2 et 2000 SP4
25 ou 50 Go
350 $
Tableau A.2 – Spécifications du disque
Formats
Capacité
Coût
Évaluation
Réinscriptible de 5,25 pouces
9,1 Go
64,19 $
Tableau A.3 – Spécifications du cabinet SR-6042
Nombre d’unités
Porte avant
Dimensions extérieures (hauteur×largeur×profondeur)
Coût
65
Évaluation
42
Perforée pour ventilation
203 cm × 61 cm × 106,7 cm
997 $
ANNEXE A. TECHNOLOGIES DE STOCKAGE
Tableau A.4 – Spécifications Rackform iServ Q501 sans RAID
Processeurs
Mémoire
Configuration RAID
Puissance
Dimensions par serveur
Résautique
Coût par serveur
Coût total
Évaluation
2 Go
Aucune
26 To
600 W
12426 $
49704 $
Tableau A.5 – Spécifications Rackform iServ Q501
Processeurs
Mémoire
Configuration RAID
Puissance
Dimensions par serveur
Résautique
Coût par serveur
Coût total
Évaluation
2 Go
RAID 5
26 To
600 W
12426 $
74556 $
66
Annexe B
Technologies de positionnement
Figure B.1 – NAVSYNC - CW46
Figure B.2 – WD-G-ZX4120
67
ANNEXE B. TECHNOLOGIES DE POSITIONNEMENT
Tableau B.1 – Spécifications du NAVSYNC - CW46
Évaluation
−40℃ à 75℃
Interfaces
RS232, RS422, USB
Sensibilité
−143 dBm
Dimensions
101 mm × 91 mm × 43 mm
Nombre de canaux
12 canaux
TTFF (temps pour la première donnée) 2 à 45 secondes
Network Assist, NMEA 0183, propriétaires
Puissance
600 mW
Alimentation
1 mA
Voltage
5 V à 18 V
Tableau B.2 – Spécifications du WD-G-ZX4120
Évaluation
Plage de température
−40℃ à 80℃
Interface
RS232
Sensibilité
−152 dBm
Dimensions
25,9 mm × 25,9 mm × 2,7 mm
Nombre de canaux
16 canaux
NMEA 0183, NEMERIX Binary protocol
Puissance
89 mW à 99 mW
Alimentation
27 mA
Voltage
3,3 V
68
ANNEXE B. TECHNOLOGIES DE POSITIONNEMENT
Tableau B.3 – Spécifications du Laipac UV40
Évaluation
Plage de température
−40°C à 85°C
Interfaces
RS232, UART
Sensibilité
−133 dBm
Dimensions
37, 0 mm × 25, 0 mm × 6, 0 mm
Nombre de canaux
16 canaux
Support
WGS-84
NMEA, Sony
Puissance
200 mW
Alimentation
10 à 30 mA
Tension
3,3 V à 3,6 V
Résistence aux secousses
2G
Coût
≈ 80, 0 $
69
Annexe C
Technologies de transmission
Tableau C.1 – Spécifications du réseau cellulaire Rogers
Connexions entrantes et sortantes
Couverture du réseau
Coût par transmission
Technologies
Évaluation
Oui
Rive-Sud du fleuve St-Laurent
Rive-Nord : Gatineau à Baie St-Paul
Maniwaki, Mont Laurier, Mont-Tremblant, Amos
Saguenay-Lac-Saint-Jean, Rouyn-Noranda, Val D’or
0, 05 $/ Ko
GSM-GPRS
HSPA pour les régions de Québec et Montréal
Tableau C.2 – Spécifications du Bell WiMax
Couverture du réseau
Technologie
Portée
Évaluation
Oui
Québec, Montréal, Sherbrooke, Mont-Tremblant
WiMax
≈ 2 − 5 km
Tableau C.3 – Spécifications du système de radio amateur
Couverture du système
Technologies
Portée
70
Évaluation
Oui
Variable
HF, VHF, UHF
≈ 4 − 10 km
ANNEXE C. TECHNOLOGIES DE TRANSMISSION
Figure C.1 – Module cellulaire GM862-QUAD de Telit
71
Annexe D
Technologies de traitement des
données
Figure D.1 – Types de topographie réseau
72
ANNEXE D. TECHNOLOGIES DE TRAITEMENT DES DONNÉES
Tableau D.1 – Spécifications pour le nano-ordinateur.
Coût
Coûts d’équipement
Disque dur
RAM
Entrées et sorties
Convertisseur A/D
Compteurs
Évaluation
874 MIPS
≈ 400 $/unité
0$
9V
13,5 W
- (Externe par USB)
256 Mo
85
UART (3), ECAN (2)
1 A/D 12 bit (500 ksps)
9 × 16-bit, 4 × 32-bit
Tableau D.2 – Spécifications pour l’ordinateur central M9000 de Sun.
CPU
HDD
Coût
Connexion réseau
Puissance Électrique
RAM
Rapidité de la RAM
Rapidité en entrée/sortie
OS
Évaluation
1228800 MFLOPS
64 × SPARC64 VI
Voir la solution de stockage
≈ 500000 $
Plusieurs 1Gbit Ethernet RJ-45
6600 W
Maximum 2 To
737 Go/s pointe, 219,3 Go/s en continu
244 Go/s pointe
Solaris Enterprise System
73
Annexe E
Sécurité des données
Tableau E.1 – Spécifications du concept « Rapide 1 »
Encryption
Hachage
Authentification
Nom
Rabbit
MD5
FFS scheme
Rapidité relative
Très rapide
Très rapide
Très rapide
Meilleure attaque connue
Aucune
Collision
Aucune
Tableau E.2 – Spécifications du concept « Rapide 2 »
Encryption
Hachage
Authentification
Nom
Grain
SHA-1
Protocole SRP
Rapidité relative
Rapide
Très rapide
Rapide
Force brute
Collision
Aucune
Tableau E.3 – Spécifications du concept « Sécuritaire »
Encryption
Hachage
Authentification
Nom
AES / Rijndael
SHA-512
RSA
Rapidité relative
Lent
Lent
Très lent
74
Canal auxiliaire
Aucune
Aucune
Annexe F
Liste des sigles et acronymes
ATA
CPU
DEL
DMIPS
DSC
FDD
FFS
FPGA
FSB
GES
GSM
GPRS
HSPA
HSDPA
MIPS
MFLOPS
NIST
OS
PCB
PGA
RAID
RAM
SAAQ
SATA
SBC
SEVA
SRP
TTFF
UART
Advanced Technology Attachment
Unité centrale de calcul (Central Processing Unit)
Diode Électro-Luminescente
Dhrystone Million instructions per second
Digital Signal Controller
Frequency Division Duplex
Feige-Fiat-Shamir Identification Scheme
Field-programmable Gate Array
Front Side Bus
Gaz à effet de serre
Global System for Mobile communications
General Packet Radio Service
High-Speed Packet Access
High Speed Downlink Packet Access
Millions of Instructions Per Second
Million FLoating point Operation Per Second
National Institute of Standards and Technology
Operating System
Printed Circuit Board
Pin Grid Array
Redundant Array of Independent Drives
Random Access Memory
Société de l’Assurance Automobile du Québec
Serial Advanced Technology Attachement
Single Board Computer
Surveillance Environnementale des Véhicules Automobiles
Secure Remote Password Protocol
Time To First Fix
Universal Asynchronous Receiver Transmitter
75
ANNEXE F. LISTE DES SIGLES ET ACRONYMES
UMTS
USB
WCDMA
µC
Universal Mobile Telecommunications System
Universal Serial Bus
Wideband Code Division Multiple Access
Microcontrôleur
76

SEVA - Université Laval

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