Firmwares open source pour une station de réception de satellites pour l’Internet des Objets isolés

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Encadrants: Olivier ALPHAND, Didier DONSEZ

Mots clé: Internet des objets, LPWAN, LoRa, Satellite, Cubesat, SatIoT

Contexte:

Aujourd’hui, 90% de la surface du monde n’est couverte par aucun réseau terrestre. Cette surface inclut par exemple les régions rurales d’Asie et d’Afrique subsaharienne, les régions polaires ou bien les archipels océaniques. Ces zones sont peuplées par la majorité des 4,8 milliards de personnes non connectés à Internet et qui ont généralement un très faible revenu. Ces régions isolées ont cependant un besoin de connectivité, pour un très large panel d’application allant de la surveillance de balises isolées à la prévention des risques naturels ou encore à l’organisation de secours. Le projet ThingSat se propose d’aider à résoudre cette question.

Le projet ThingSat, conduit par le CSUG (Centre Spatial Universitaire de Grenoble) avec le LIG, l’IMEP-LAHC et l’IPAG, étudient et concoivent des protocoles de communications longue distance, basse consommation énergétique et suffisamment robustes entre une constellation de cubesats et des objets au sol, isolés de tout réseau terrestre (Internet mais aussi électrique). Le projet Thingsat a démarré courant 2019 avec des tests de performance radio au moyen d’objets LoRa embarqués dans des ballons stratosphériques du CNES (2019, 2020, 2021). Les résultats montrent des performances importantes des communications LoRa en très longues distances (> 500 kms) en atmosphère (jusqu’à 30 km d’altitude. Une carte de communication LoRa sur les bandes 868 MHz et 2.4 GHz a été concue par le CSUG et embarquée dans le cubesat polonais Stork-4. Ce cubesat a été mis en orbite héliosynchrone à une altitude de 525 km le 13 janvier 2022 par le lanceur SpaceX Transporter 3. https://gricad-gitlab.univ-grenoble-alpes.fr/thingsat/public/-/blob/master/cubesat_mission/README.md#estimated-launch-and-orbit

Objectif du projet:

Dans le cadre du projet, une station sol de réception des messages provenant de satellites LoRa 2.4GHz a été développé en 2021 par des élèves ingénieurs (ENSIMAG, INSA Strasbourg, ISEA SupAero et Phelma pour l'antenne) au CSUG. Cette station permet de recevoir les messages de satellites LoRa et de partager les messages recus avec la communauté TinyGS https://tinygs.com/

Cette station se base sur un microcontrolleur ESP32 et des modules de communication LoRa 2.4GHz. https://github.com/thingsat/tinygs_2g4station/blob/main/README.md Plusieurs PCB sont offerts à des volontaires participants à la communauté TinyGS et d’autres universités étrangères.

L’objectif de ce projet de spécialité est:

  • de tester et mettre au point le firmware proposé par la communauté TinyGS (C, platform.io)
  • d’ajouter des fonctionnalités comme le pilotage d’antennes orientables
  • de réaliser une version du firmware (C) avec le système d’exploitation embarqué RIOT OS notamment pour rendre la station autonome quand elle n’est pas déconnectée d’Internet (dans ce cas, celui doit émettre les messages vers le/les satellites qui ceux-ci sont dans la fenêtre de visibilité de l'antenne (orientable ou fixe).

Vous collaborerez avec les membres des communautés open source TinyGS et RIOT OS https://github.com/RIOT-OS/RIOT pour contribuer vos développements.

A noter: si vous êtes intéressés, vous aurez la possibilité de passer votre licence de radio amateur qui est requise pour envoyer des messages vers les satellites.