La lumière tisse un réseau pour les véhicules autonomes

Schéma d'un réseau VLC appliqué aux véhicules autonomes. Luc Chassagne, CC BY

L’acronyme lifi(light fidelity) est né en 2011, basé sur le très connu wifi (wireless fidelity). On trouve également le terme VLC (visible light communication) plus générique et surtout plus usité pour des applications en extérieur. La VLC sera-t-elle utilisée dans les futurs véhicules autonomes ? Les constructeurs le diront, mais en tout cas elle présente des avantages indéniables.

Ces dernières années, les LEDs (light emitting diode) se sont développées dans de nombreux domaines. C’est le cas notamment dans les transports, et en particulier dans le réseau automobile.

De plus en plus les voitures sont équipées de phares à LED : au début, seulement les feux de position, et maintenant l’équipement lumineux entier. Éclairages extérieurs, mais également éclairages internes à l’habitacle. Tous les modèles ne sont pas équipés aujourd’hui, mais ce n’est qu’une question de temps. En parallèle, l’infrastructure routière s’équipe : feux de trafic, feux clignotants, feux de signalisation, luminaire en bord de route, etc.

L’industrie automobile a réalisé ces derniers temps d’importantes avancées vers le véhicule autonome, ou tout du moins semi-autonome. C’est-à-dire une voiture équipée de systèmes motorisés et intelligents qui peuvent prendre le contrôle du véhicule. Une des clés de l’autonomie réside dans la communication entre le véhicule et le monde qui l’environne. On y trouve évidemment d’autres véhicules, c’est pourquoi l’on parle de communication véhicule-véhicule (V2V). Une voiture circule au sein d’une infrastructure, on parle donc de communication infrastructure-véhicule (I2V ou V2I selon le sens).

La voiture autonome de Google. Michael Shick/wikimedia, CC BY-SA

De nombreuses recherches et études ont été menées, avec les technologies existantes radiofréquences : wifi, limité en portée, et GSM, ayant un potentiel plus important en distance mais plus gourmand en ressources. Ces technologies fonctionnent très bien mais certaines limites ont été atteintes dans le cas de congestions importantes sur le réseau routier. En effet, le nombre de canaux disponibles peut être vite limité pour le wifi, et les protocoles pour gérer les multiples émetteurs simultanés sont complexes et peuvent conduire à des files d’attente importantes dans le cas de nombreux utilisateurs.

Temps de latence

Or, pour le véhicule autonome, la notion de temps de latence, c’est-à-dire le temps de réponse à un évènement, est fondamentale. Votre véhicule doit prendre des décisions vitales en des temps courts (inférieurs à 1/10e voire 1/50e de seconde à des vitesses urbaines !) pour freiner, ou éviter un obstacle par exemple.

C’est pourquoi, à côté des autres technologies, la VLC peut être un bon complément car elle présente des modes de fonctionnement différents. Le premier exemple est la communication V2V associé à I2V illustré sur la figure en tête de l’article. Un feu de signalisation émet des données vers un véhicule qui les relaie vers le véhicule arrière et ainsi de suite. Il s’agit d’un chaînage direct. Bien sûr il faut une ligne de vue, mais l’émission de données est directive et n’est pas soumise à cette notion de demande de parole simultanée et de temps d’attente. Donc, le débit potentiel de la VLC permet d’assurer un flux de données important, mais surtout il bénéficie d’accès rapide à l’interlocuteur visé.

On peut ainsi imaginer qu’un feu de circulation au rouge annonce à la première voiture qu’il va passer vert, et qu’en un temps très court, toute la file de voiture soit informée. Dans le cas idéal, toutes les voitures démarrent alors d’une manière synchrone, résolvant ainsi le problème de bouchon aux feux !

Un autre cas serait le chaînage sur plusieurs centaines de mètres, voire kilomètres, lors d’un bouchon par exemple. La figure d’ouverture de cet article illustre aussi un véhicule d’intervention qui peut émettre des données d’urgence.

Un autre cas assez souvent évoqué est le convoi (platooning en anglais). Un véhicule leader avec un conducteur entraîne plusieurs voitures à sa suite, qui sont complètement autonomes grâce à leurs perceptions de l’environnement (lignes blanches, routes, panneau) et du véhicule qui les précède. Des informations échangées telles que la vitesse, l’accélération, le freinage, l’intention de tourner sont alors fondamentales et le lien direct par VLC relativement intéressant. Plus vous échangez de données sans temps mort, plus les véhicules peuvent être proches l’un de l’autre !

Bien sûr, ce type de données peut être aussi échangé par lien radiofréquences. Toutefois à forte vitesse où dans des environnements de congestion, c’est moins évident. De plus, une des clés du futur véhicule autonome est la redondance d’information. Tout comme sur les avions, il y a plusieurs capteurs pour savoir contourner des pannes et être robuste face à n’importe quelle situation. Il est indispensable aussi pour la voiture de disposer de plusieurs moyens de communication. Radiofréquences et lumière ne sont donc pas ennemies mais alliées !

Une seconde application de la VLC est la diffusion en interne de données. Il s’agit dans l’exemple ci-dessous de diffuser via la liseuse de la voiture de la musique ou de la vidéo sur un écran. On est confronté cette fois-ci à un flux de données plus important, mais dans un environnement plus contrôlé, moins sujet aux perturbations environnementales. L’intérêt ici est d’éviter des câbles, toujours sujets à des pannes et relativement lourds (donc néfaste pour l’énergie consommée, véritable cheval de bataille des constructeurs aujourd’hui).

Connections intérieures grâce à la lumière. L. Chassagne, CC BY

Si on se laisse aller à imaginer les véhicules de demain, il est également probable que l’habitacle sera de plus en plus confortable et disposera d’une ambiance, non plus seulement utilitaire, mais d’aisance et de relaxation. Dans ce contexte, de nombreuses lumières d’ambiance seront sûrement présentes, et chaque organe de transmission de données par la lumière peut apporter des fonctions supplémentaires.