Canada Research Chair

Optics in "Information and Communication technologies"

Habib Hamam

in construction

Link to page in CRC site

Mission : Les technologies de l’information et de la communication (TIC) présentent un domaine stratégique pour le Canada. En outre, ces technologies s’insèrent totalement dans les grappes prioritaires définies dans le programme d'innovation du Nouveau-Brunswick et par la Fondation de l’innovation du Nouveau-Brunswick, à savoir la fabrication de pointe, les industries du savoir, les sciences de la vie et les ressources naturelles à valeur ajoutée. En effet, les TIC présentent l’axe dans la grappe des industries du savoir et, à travers les applications surtout en santé et en éducation, touchent pleinement la grappe des sciences de la vie. En harmonie avec les orientations stratégiques, éducatives et économiques du Canada et de la province, les TIC ont été déclarées officiellement par le sénat académique de l’Université de Moncton comme un créneau de recherche prioritaire pour l’université.

Le rôle de l’optique dans les TIC se manifeste à maints égards dans la chaire. En effet, cette dernière vient se placer au noyau de ce créneau pour canaliser les activités de recherche existantes en TIC à l’Université de Moncton en se focalisant sur les technologies récentes et leur mariage. Un intérêt particulier sera porté à l’association de la rapidité avec la mobilité de la communication. Pour ce faire, le mariage entre les technologies de l’optique et du sans-fil sera exploré en profondeur. Outre les communications, l’optique se manifeste également au niveau des technologies avancées de la gestion de l’information. Parmi les projets intégrateurs qu’a planifiés la chaire, on trouve les appartements intelligents assistant les populations à besoins spéciaux, où les réseaux de capteurs optiques et la gestion de l’information associée sont d’un intérêt central. Ce projet stratégique abonde pleinement dans une des priorités nationales en recherche et développement. Celle-ci découle de la nécessité de développer des technologies permettant de mener une vie autonome, compte tenu du vieillissement de la population du Canada et de l’engagement du pays à aider les personnes âgées ou handicapées à améliorer leur qualité de vie.

Objectifs : la recherche proposée considère l’optique, et l’onde électromagnétique en général, comme un moyen puissant pour les technologies de l’information et de la communication. L’objectif principal est de bénéficier des technologies nouvelles basées sur l’onde (RFID, capteurs plus performants, ...) et des avancées en recherche et développement en TIC (réseaux mobiles ad hoc, RF over Fiber, réseaux d’antennes intelligentes, structures périodiques, ...) pour proposer des nouveaux composants, systèmes et procédés utilisant l’onde pour assurer d’une façon adéquate la transmission (couverture des noeuds, ...), le traitement (cryptage, compression, filtrage, ...) et l’utilisation (déclanchement des évènements, ...) désirés de l’information ainsi que des qualités telles que la rentabilité et la souplesse. L’objectif principal étant très vaste, nous nous limitons 1) aux systèmes faisant intervenir l’onde comme éléments principal, 2) l’emploi des capteurs et 3) la nécessité d’effort logiciel réduit (middleware et software, le cas échéant nous utiliserons des solutions existantes). Les qualités de rentabilité, sécurité et souplesse sont parmi les contraintes à respecter. En continuité avec cet objectif principal et les objectifs initiaux, nous continuerons à viser l’utilisation des TIC en éducation.

Rôle à l’Université de Moncton : est de jouer le rôle du noyau dans le créneau de recherche prioritaire intitulé « Technologies de l’information et de la communication (TIC)». Elle se focalise surtout sur les trois thèmes suivants :

• systèmes de télécommunications et d’identification,
• l’interaction personnes-systèmes et
• Gestion et traitement de l’information.

Les objectifs projetés sont :

• Rayonnement national et international dans les trois thèmes,
• Atteindre le niveau de chef de fil dans certains sous-domaines et en particulier en systèmes d’auto-imagerie et d’identification radiofréquences ainsi qu’en éducation basée sur les TIC,
• Etre reconnu et sollicité par des sociétés savantes pour assumer des responsabilités (édition de revue, tutoriaux, ...),
• Etre reconnu et sollicité pour des directives et conseils d’expert et pour l’opinion de spécialiste dans certains sous-domaines de l’optique et des TIC,
• Bâtir une infrastructure solide et actualisée de recherche en TIC,
• Former une équipe de recherche en TIC solide reconnue à l’échelle internationale,
• Rendre service à l’humanité (histoire, ...) à travers la recherche,,
• Tisser un lien avec les entreprises de la région et lancer des projets industriels

Méthodologie : Nous avons fait des choix stratégiques qui se manifestent à sept niveaux : :

2.3.1. Composants et sous-sytèmes: Nous travaillons à la fois aux niveaux système et composant. Pour les composants vu les moyens disponibles à l’Université de Moncton, nous travaillerons sur les composants à fibre optique (composants sur fibres optiques standards, composants sur nouvelles générations de fibres - cristaux photoniques, ... - microstructures, ...) pour assurer les fonctionalités désirées (filtrage, compensation de la dispersion, ...). Pour ce faire, nous collaborons avec plusieurs partenaires à l’échelle de l’Université de Moncton (Faculté des sciences, ...), à l’échelle nationale (Uni. de Québec à Trois-Rivières, ...) et à l’échelle internationale (Université de Rouen, ...). Pour réaliser des composants à base de fibres optiques offrant des comportements optiques intéressants pour des applications télécoms notamment, nous modifions à l’échelle micrométrique certaines caractéristiques physiques de la fibre par des attaques latérales avec un laser de puissance et/ou une source d'arc électrique (Fig. 1). Ceci nous permet de réaliser des fonctions optiques clefs surtout pour les réseaux de télécommunications à haut débit, telles que le filtrage hautement sélectif de longueurs d’onde. Nous sommes particulièrement intéressés aux fibres à cristaux photoniques.

Figure 1 : Réalisation de composants de fibres optiques de nouvelles générations.
 

Pour le côté sans-fil, nous nous focaliserons sur la conception des sous-systèmes de contrôle et gestion utilisant des microcontrôleurs branchés à des émetteurs/récepteurs sans-fil (ZigBee, ...). Nous viserons dans la mesure du possible des sous-sytèmes génériques et paramètrables, qui fonctionnent pour plusieurs capteurs et situations.

2.3.2. Systèmes: Nous considérons les deux technologies fibre et sans-fil mais tout en nous limitant aux projets disponibles et à notre capacité financière modeste. Il se trouve que nous nous arrêtons au stade des simulations dans certains cas. Le système de la Figure 2 est parmi les systèmes optiques que nous avons commencé à élaborer dans le cadre d’un projet tuniso-canadien. En effet, les conversions opto-électroniques (de l’optique à l’électronique et vice-versa) constituent actuellement un goulot d'étranglement dans les réseaux de transport à haut débit. La commutation tout optique constitue un élément clef pour le traitement du signal optique dans les futurs systèmes de communication. L'enjeu aujourd'hui est donc de pouvoir réaliser des fonctions optiques bien définies, telles que le retardement ou la mémorisation d’un signal, en utilisant des composants à base de fibres optiques. L'idée consiste à affecter à emprisonner le signal entre des composants

de fibres optiques puis le libérer au moment voulu.

Figure 2 : Système à base de composants de fibres optiques utilisant une boucle en ping-pong.
 

Le signal sera donc retardé pendant la période qu’on veut. Ceci est très utile lorsqu’on veut éviter les congestions dans le réseau d’Internet. En continuité avec ce projet, nous abordons un autre projet, initié dans le cadre du créneau TIC, qui consiste en l’analyse du trafic électronique de l’Internet et le développement d’outils y associé. Il s’agit de collecter du trafic et faire l’analyse de ses données afin connaître leurs caractéristiques. Puis, un modèle représentant ce trafic sera mathématiquement décrit. Essentiellement on distingue trois composantes du trafic; des données générales (courriels, furetage du Web, transfert des fichiers, etc.), des images vidéo (télévision, vidéo à la carte, etc.), et du son (téléphonie utilisant le protocole d’Internet). Le modèle décrit sera utilisé comme une base pour la conception et l’implémentation d’outils qui permettent aux administrateurs de réseaux de communications de les gérer efficacement.
Nous travaillons sur des systèmes sans-fil incluant des capteurs et satisfont les contraintes identifiées dans les différents projets. Par exemple, l’une des solutions proposées pour Atlantic Coop pour le système de supervision du volume de carburant est illustrée dans la Figure 3. Le réseau sans-fil local peut être un réseau ZigBee Mesh.

Figure 3 : Système de supervision du volume du carburant dans des réservoirs distants.
 

2.3.3. Solution quasi-générique et paramétrable: Vu que la diversité des applications, besoins et capteurs, et tel que mentionné en 2.3.1, les systèmes et sous-systèmes à développer doivent être, dans les limites du possible, génériques et paramétrables. Parmi les solutions envisagées est d’ordonner les données captées selon un format approprié à nos solutions existantes. Pour paramétrer la solution, nous avons pensé à passer toujours par un fichier d’étiquetage tel que les fichiers XML. Ceci permet de rendre toute les opérations aisées, que ce soit les opérations finales ou intermédiaires (par exemple afficher les données sur un LCD pour voir s’il y a erreur).

2.3.4. Interface: Les interfaces présentent un aspect clef surtout en systèmes de communication. Parmi les défis de recherche que nous avons attaqués avec l’équipe de Shippagan est la formalisation et traitement du dialogue oral Homme-Machine coopératif dans les plateformes multimédia dédiées au commerce électronique. Le but est d’intégrer un modèle de gestion et de contrôle des dialogues dans l’interaction verbale avec la machine. Ce modèle devra intégrer et formaliser des fonctionnalités, telles que la pré-détection, l’identification et la rectification, mais aussi de prévention et de récupération des erreurs. Des limites sont notées dans les systèmes actuels par rapport à la trop grande restriction et dépendance aux tâches. Ces limites représentent aujourd’hui des difficultés conceptuelles identifiées comme les principaux verrous technologiques pour la nouvelle génération d’interfaces vocales. À travers ce projet un modèle de dialogue réduisant la dépendance aux tâches et aux applications est proposé. Il intégrera la possibilité de négociation-récupération. Ce modèle sera à la fois cognitif et formel, exploitable dans des applications de commerce électronique. Nous examinerons la manière dont un système de dialogue peut gérer, exploiter, identifier puis formaliser l'implicite dans ce type de communication d’affaires, afin d’accroître à la fois l’accessibilité et les capacités de compréhension de la machine. Nous étendrons les facultés multimodales via un dialogue formel aux solutions logicielles que nous avons développées. Grâce au produit visé, les clients finaux devraient pouvoir transmettre des données par le biais de plusieurs modalités. La plateforme se charge en retour de synthétiser la réponse adéquate dans le format adéquat : audio, plein texte, vidéo/ou graphique. Ces modes peuvent être couplés les uns aux autres, mais également utilisés indépendamment. Les applications envisageables sont fortement génératrices de valeur.

2.3.5. Mise à jour facile: Pour ne donner qu’un exemple, les microcontrôleurs, ces petits processeurs coûtant quelques dollars ou même une fraction de dollar, sont utilisables dans beaucoup d’applications, tels que les systèmes de control et les systèmes de télécommunications. La programmation de microcontrôleurs se fait généralement comme suit. On utilise une interface de programmation, tel que AVR Studio, pour concevoir des programmes de niveau élevé. On génère le fichier .hex et à travers le programmeur (par exemple AVR ISP mkII branché au port parallèle) et on charge ce programme dans le microcontrôleur. Ce dernier ne doit pas être connecté à un autre circuit. Pour mettre à jour un programmeur monté sur un système, il faut généralement arrêter le système, démonter le microcontrôleur, le brancher au programmeur puis le charger de nouveau. Ceci est très agaçant et parfois impossible à faire. Parfois, le microcontrôleur n’est pas accessible pour être démonté. En effet, 1) Il peut être loin, au sous-sol, au plafond, dans un boitier, des éléments sensibles sont autour de lui, pour le démonter il faut démonter beaucoup d’autres pièces, etc. 2) Il peut être soudé carrément. 3) L’ingénieur où le technicien peut ne pas être sur place pour faire les manipulations de la mise à jour. Par contre, cet ingénieur où technicien désire le faire à distance par Internet à travers une application dédiée ou envoyer le nouveau fichier .hex par courriel et demander à une secrétaire d’appuyer sur un bouton « soumettre » pour le charger dans le microcontrôleur. C’était un exemple (microcontrôleur) de situation où la mise à jour est très contraignante. Vu que la mise à jour est un élément essentiel en recherche et développement et surtout lorsqu’il s’agit d’applications, de besoins et de capteurs variés. Entre autres, nous avons pensé à la programmation à distance de nos microprocesseurs. On prévoit écrire un programme sous forme d’un chargeur d’amorçage qui permet de charger un nouveau programme dans la mémoire du microprocesseur sans avoir à le démonter. Ce chargeur d’amorçage sera écrit une fois pour toute sur le microcontrôleur à l’aide d’un programmeur conventionnel. Une fois fait, ce programmeur n’est plus nécessaire. Pour la programmation à distance on utilisera des modules d’émission et de réception sans fil pour envoyer le nouveau programme. Dans nos projets, nous avons décidé que la mise à jour fasse partie des défis de la conception du système final.

2.3.6. Recherche fondamentale: Les projets réels soulèvent également des défis de recherche de nature fondamentale. Vu que le titulaire de chaire a une large expérience dans la recherche fondamentale, ces défis ne sont pas mis de côté. La majorité des étudiants gradués du titulaire de chaire sont inscrits ailleurs et sont dirigés à distance, au moins pour une bonne partie de leurs travaux de thèse. Certains terminent leur thèse en étant distants (pour des raisons familiales et autres qui se manifestent en cours de route). La recherche fondamentale convient le plus à ces étudiants car ils sont incapables d’etre parmi les groupes qui interagissent avec les industriels en travaillant sur des projets pratiques. Le titulaire de chaire continuera ses travaux fondamentaux sur la diffraction, les structures périodiques et sur l’autoimagerie en particulier.

2.3.7. Travail par équipes: Diviser le travail en équipes est un choix stratégique vu que l’Université de Moncton est répartie sur trois campus, que le créneau de TIC regroupe les trois campus et que la chaire dès son démarrage a oeuvré dans la maximisation la synergie la synergie afin de fortifier les partenariats à l’interne et à l’externe de l’université et faire avancer les connaissances et les technologies dans le domaine de l’information et de la communication. De ce fait, il y a une en permanence au moins une équipe à Shippagan qui travaille dans le cadre de la chaire. L’une des chercheures postdoctorales et trois étudiants gradués du titulaire de chaire ont été installés au campus de Shippagan, sous la codirection de Prof. Selouani.

Equipe :
1 professeur titulaire (titulaire de chaire)
1 professeur titulaire (Campus de Shippagan)
1 professeur associé (CNRC-NRC)
2 chercheurs postdoctoraux
9 doctorants (Trois-Rivières, Sherbrooke, Montréal, France, ...)
Note : Malgré qu’il n’y ait pas de programme de doctorat ni en sciences ni en ingénierie à l’Université de Moncton
11 étudiants de maîtrise

Tous les trois professeurs sont titulaires d’au moins une subvention CRNSG chacun.

Projets :
Projet 1 : Implémentation de collecteurs de données sans-fil

• Thèmes : Systèmes de télécommunications, Gestion et traitement de l’information et Interaction Personnes-Systèmes
• Objectifs :
  • Profiter de la technologie sans-fil pour implémenter des collecteurs de données à distance
  • Produire des solutions génériques

Projet 2 : Afficheurs sans-fil programmables

• Thèmes : Systèmes de télécommunications, Gestion et traitement de l’information et Interaction Personnes-Systèmes
• Objectifs :
  • Profiter de la technologie sans-fil pour programmer des afficheurs à distance
  • Produire des solutions génériques

Projet 3 : Effet de l’interférence dans des disciplines et situations variées

• Thèmes : Systèmes de télécommunications
• Objectifs :
  • Proposer une interprétation rigoureuse de l’interférence dans des disciplines variées
  • Proposer un formalisme assez rigoureux pour des situations variées (cascade d’éléments, ...)
• Domaines ciblées :
  • optique, électromagnétique, radio-fréquences, acoustique, ultrason, mécanique des fluides, interaction électron-matière, diffusion magnétique, diffusion nucléaire

Projet 4 : Formalisation et traitement du dialogue oral Homme-Machine coopératif dans les plateformes multimédia dédiées au commerce électronique

• Thèmes : Gestion et traitement de l’information et Interaction Personnes-Systèmes
• Objectifs :
  • Proposer une solution pour les négociations en ligne. Le marchand peut être virtuel,
  • Rapprocher le dialogue Personne-Système du dialogue Personne-Personne
  • Modéliser la négociation artificielle

Projet 5 : Bibliothèque intelligente à base d’étiquettes radio-fréquences (RFID)

• Thèmes : Systèmes de télécommunications, Gestion et traitement de l’information et Interaction Personnes-Systèmes
• Objectifs :
  • Proposer une solution pour détecter puis identifier automatiquement, sans ligne de visée, les abonnés et les classifier,
  • Proposer une solution pour détecter puis identifier automatiquement les documents et déterminer leur statut,
  • Mettre à jour régulièrement et automatiquement l’inventaire.

Projet 6 :Programmeur sans-fil de microprocesseurs

• Thèmes : Systèmes de télécommunications, Gestion et traitement de l’information et Interaction Personnes-Systèmes
• Objectifs :
  • Programmer à distance un microcontrôleur monté déjà dans un système,
  • Mettre à jour un programme à distance,
  • Assurer la dispention d’une séance de laboratoire avec un seul programmeur

Coordonnées:
Chaire de recherche du Canada en « Optique dans les technologies de l’information »
Département de génie électrique
Université de Moncton
Campus de Moncton
Moncton (Nouveau-Brunswick) E1A 3E9
Téléphone : (506) 858-4762
Télécopieur : (506) 858-4184
Courriel : hamamh@umoncton.ca
Internet : https://www.umoncton.ca/genie/electrique/ChaireOptique/Chaire.htm