Ship2ship : échange automatisé de données de navigation entre voiliers de course

 

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Objectifs

Régate d’entrainement entre 4 IMOCA

En 2013, le Pôle Finistère Course au large, la société Adrena et le laboratoire IRISA de l’UBS ont signé un contrat de collaboration recherche pour expérimenter un système d’échange de données de navigation en temps réel lors de séances d’entrainement. Dans ce cadre, l’équipe CASA de l’IRISA a développé une solution embarquée originale, nommée Ship2ship, assurant le partage d’informations issues des centrales de navigation entre plusieurs bateaux ; cette solution a été testée par les navigateurs du PFCL. Ship2ship permet aux skippers de comparer en temps réel leurs choix tactiques et leurs réglages avec ceux des navires voisins.

Partenaires

logo PFCL
Le Pôle Finistère Course au large a pour mission l’entrainement et le suivi des sportifs de haut niveau dans le domaine de la course au large, principalement sur monocoques 60 pieds IMOCA et sur monotypes Figaro Bénéteau-II.

logo Adrena
La société Adrena conçoit des logiciels d’aide à la performance en navigation. Ses produits permettent d’intégrer des paramètres de navigation et d’aider à prendre des décisions tactiques en course.

logo Irisa
L’équipe CASA du laboratoire IRISA à l’Université de Bretagne Sud (Vannes) possède une expertise scientifique et technique dans le domaine des réseaux mobiles ad-hoc (MANET). Elle développe des protocoles et des outils pour exploiter la communication directe entre mobiles sans utiliser d’infrastructure. L’équipe CASA applique ses solutions dans le domaine maritime dans le cadre de l’activité SeaWAN.

Le système Ship2ship

Ship2ship est un système embarqué spécialement conçu par notre équipe pour être aisément placé à bord d’un bateau. Deux support d’exécution de Ship2ship ont été prévus : soit son exécution s’effectue sur un nano-PC dédié auquel se connecte le PC de bord (par Wi-Fi ou par Ethernet), soit il s’exécute directement sur le PC de bord. Dans les deux cas le système Ship2ship assure de manière transparente la diffusion des données de la centrale de navigation du bord et la réception des données provenant des navires environnants. La technologie pour les échanges entre navires est, au choix, le Wi-Fi (en mode adhoc) ou l’UHF (868 MHz).

Principe

Schéma de principe avec nano-PC et liaison Wi-Fi.

Tous les navigateurs de course au large ou de régate possèdent à leur bord un PC équipé d’un logiciel (Adrena, Deckman, Expedition,…) qui les aide dans leur navigation et dans leurs choix tactiques. Ce logiciel analyse les données issues de la centrale de navigation et les synthétise pour le skipper sous forme de jauges et de graphiques. Le système Ship2ship s’interface avec ce type de logiciel et se comporte comme un pont aérien entre deux logiciels tactiques distants : Ship2ship lit les données fournies par un logiciel tactique et les transmet au logiciel tactique du navire distant qui peut alors les afficher comme celles provenant de sa propre centrale de navigation.

Photo d’un écran contenant deux instances d’Adrena.

La connexion entre Ship2ship et le logiciel tactique repose sur la possibilité pour ce dernier de dupliquer sur un port UDP toutes les données de la centrale de navigation qu’il recoit en entrée ; il suffit de paramétrer Ship2ship pour qu’il écoute sur ce port. Cette possibilité de duplication des données est une fonctionnalité offerte par la majorité des logiciels tactiques. Une fois Ship2ship initialisé, le skippeur peut afficher sur son écran deux instances de son logiciel de navigation : l’une, habituelle, contenant les informations de son navire, l’autre contenant les informations du navire distant.

Partie matérielle

Boitier contenant le nano-PC (Raspberry B)

Module radio XBee-PRO 868

Dans sa version avec nano-PC, le système est composé d’un boitier étanche connecté à une antenne/modem Wi-Fi marine WL400 ou à un module radio XBee-PRO 868. Le boitier étanche contient un micro-PC (un Raspberry-Pi) sur lequel est branché un dongle Wi-Fi pour la liaison avec le PC de bord et l’antenne Wi-Fi marine pour la liaison avec les boitiers des autres navires.

La version sans nano-PC se limite à l’ antenne/modem Wi-Fi marine WL400 ou au module radio XBee-PRO 868 directement branché sur le PC de bord.

Partie logicielle

Fenêtre principale de Ship2ship

Ship2ship met en oeuvre les technologies des communications tolérants les délais et les déconnexions (DTN) développées dans notre équipe : en cas d’éloignement trop important des navires les échanges sont suspendus et ils reprennent spontanément quand les navires sont de nouveau à portée radio. Par ailleurs Ship2ship est conçu pour supporter des échanges entre un nombre quelconque de navires. Pour l’instant seules les communications à un saut sont supportées. Une extension pour les communications multi-sauts est envisageable.
Ship2ship comporte une interface graphique pour faciliter le paramétrage et vérifier son bon fonctionnement. Par exemple, les données de position locales et reçues sont analysées en temps réel et la distance avec chaque navire identifié est affichée.

Ship2ship est écrit en Java ; il s’exécute dans un environnement Windows ou Linux. Il a fait l’objet d’un dépot auprès de l’Agence pour la Protection des Programmes.

Expérimentations du 26 août 2013

Dans le cadre d’une séance d’entrainement entre 4 monocoques 60 pieds IMOCA au PFCL, nous avons embarqué le système Ship2ship à bord de MACIF (vainqueur de la course autour du monde Vendée Globe) et d’un zodiac du Pôle. Les objectifs étaient de vérifier la faisabilité de l’installation à bord, la fonctionnalité du système en conditions réelles et la portée des échanges inter-navires. Sur tous ces points les résultats sont très convainquants (jusqu’à 1520 m relevés pour la portée radio). Une seconde expérimentation, cette fois-ci entre deux 60 pieds (MACIF et Maître Coq) est programmée dans les semaines à venir.

  • Parcours de la journée : environ 60 milles, entre Port La Forêt, les Glénans et la Pointe de Penmarc’h.
  • Photos de l’installation et de la journée en mer (cliquer pour agrandir) :

Expérimentations du 24 septembre 2014

La version de Ship2ship basée sur une technologie UHF a été testée le 24 septembre 2014. Elle facilite la mise en oeuvre de ce type de dispositif à bord des navires (les voiliers de course sont déjà équipés d’une antenne VHF en haut du mat) et étend sa portée opérationnelle sur le plan d’eau.  Nous avons évalué ce type de matériel en mer lors d’une journée d’expérimentation menée conjointement avec plusieurs collègues de l’IETR. L’UCPA (son Centre National est basé à la BSM de Lorient) a mis deux habitables et deux skippers à notre disposition pour préparer et mener dans de très bonnes conditions ces essais. Outre les essais portant spécifiquement sur Ship2ship, nos collègues de l’IETR ont réalisé une série de mesure de débit et de portée dans la gamme de fréquence VHF. Nos résultats indiquent une amélioration significative de la portée de Ship2ship (jusqu’à 5700m soit 3,1 NM).