Localisationpour les réseaux de capteurs

Systèmes embarqués mobiles

Cours de A. Lbath

Exposé de Pierre PARREND (pierre.parrend@insa-lyon.fr)www.rzo.free.fr/master.html

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Sommaire

Contexte ArticleCritique et perspective

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Contexte [BAP] :Les réseaux de capteurs

Architecture

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Contexte [BAP] :Les réseaux de capteurs

PrincipesConditions

• Durée de vie du réseau = durée de vie des bateries

• Transmission par voie hertzienne : très coûteuse en énergie

Traitement local de l'information

Objectif• Durée de vie du système et robustesse

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Contexte [BAP] :Les réseaux de capteurs

ApplicationsExemples

• Supervision de l'état de l'air, du sol

• Détection de séisme

• Surveillance militaire

• Ailes d'avion (actionneurs)

Active Badge Location System• localisation de personnes dans un bâtiment

• précision 15 cm

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Contexte [BAP] :Les réseaux de capteurs

ProblématiquesDéploiement ad hoc

Reconfiguration automatiqueSource d'énergie finie

Adaptation dynamique

RoutageLocalisation

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Contexte [BAP] :Les réseaux de capteurs

Le noeud : composition d'un capteur

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Contexte [BAP] :Les réseaux de capteurs

Le noeud : calcul de sa position géographique

Pourquoi ?

Limites du GPS

• Seulement en extérieur

• Pas en présence d'obstruction

• CoûteuxLocalisation par moyen propre indispensable

• 1 - Estimation de la distance aux noeuds

• 2 - Triangulation

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Contexte [BAP] :Les réseaux de capteurs

Le noeud: calcul de sa position géographique

Comment ?

Distance aux noeuds

• Propriétés du signal (propagation, atténuation)

Triangulation

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Sommaire

ContexteArticle

Collaborative Sensor Networking Towards Real-Time Acoustical Beamforming in Free-Space and Limited Reverberance

P. Bergamo, S. Asgari, D. Maniezzo, L. Yip, R. E. Hudson, K. Yao, D. Estrin

IEEE transaction on mobile Computing

Critique et perspective

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L'Article

Les AuteursP. Bergamo

S. Asgari

D. Maniezzo

L. Yip

R. E. Hudson

K. Yao

D. Estrin

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L'Article

ObjectifValidation des algorithmes présentés

Ban de test acoustique temps-réel sans fil'We claim using this model makes source localization in a reverberant room possible'

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L'Article

PrincipesLocalisation de source

• Source fixe ou mobile

• Réseau de capteurs passifs et stationnaires

• Peut être fait par 'Beamforming'

Beamforming• Combination synchrone du signal

• Amélioration du SNR (Signal Noise Ratio)

• Estimation du DOA

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L'Article

Expérience

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L'Article

Estimation de DOA (chemin d'arrivée)AML (Approximate Maximum Likelihood)

• Reconstitution du signal par beamforming

• Séparation du signal à partir de la séparation des DOA des différentes sources

• Méthode algébrique

• Méthode numérique pour obtenir le résultat

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L'Article

LocalisationLS (Least square - moindres carrés)

Combinaison des DOA

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L'Article

DiscussionExtensible à n sources, p ensembles

• p>2, réduction de l'incertitude

• p=2, incertitude maximal

• p<2, pas possible

Si p>2 choix entre précision et énergie

Limite du nombre de source

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L'Article

Localisation par ensemble virtuel de capteurs

'Virtual Source Model' [AB79]

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L'Article

Ensemble virtuel de capteursConséquences :

• Pas de conséquence sur le DOA

• Localisation : Nombreux chemins possibles

Solution:• Chemins consistants

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L'Article

DiscussionIntérêt

• Résolution du pb de la réverbération

• Un sous-ensemble de capteurs suffit

• Plus performant qu'en espace libre

Limites• Position des capteurs connue

• Position des obstacles connue

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L'Article

DiscussionProblème

• Connaissance du cadran où se trouve la source par rapport aux capteurs

'We claim using this model makes source localization in a reverberant room possible'

• Faux

• Position de la source connue partiellement

• Source mobile ??

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Sommaire

ContexteArticleCritique et perspective

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Critiques et perspectives

Critiques positivesValidation pratique de AML

Modèle d'ensemble virtuelPour capteurs et réverberation connue

Validation pratique de l'usage de iPAQ pour la réalisation d'un banc de tests rapide à im-plémenter et peu coûteux

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Critiques et perspectives

Critiques négativesLimité pour l'utilisation réelle

• Position de la source connue non quelconque

Position des capteurs + murs connue

Limitation à des petites distances • qualité des micros + équalisation

Débit d'information plus grand

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Critiques et perspectives

Thèmes abordésBeamforming

Algorithme de localisation

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Critiques et perspectives

PerspectivesBilan

• Méthode prometteuse

• Incomplète pour utilisation réelle

• Travaux en cours

Perspectives• Perfectionnement de cette méthode

• Extension pour obstacles non connus

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Où trouver des infos ?

Conférences• Symposium Operating Systems Principles (SOSP)

• IEEE Int'l Conf. Computer Design (ICCD)

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Où trouver des infos ?

Journaux• IEEE transaction on mobile Computing

• IEEE Computer

• Communications of the ACM

• IEEE Signal Processing Magazine

• European Journal Applied Signal Processing

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Bibliographie

[BA04] Collaborative Sensor Networking Towards Real-Time Acoustical

Beamforming in Free-Space and Limited Reverberance, P. Bergamo, S.

Asgari, D. Maniezzo, L. Yip, R. E. Hudson, K. Yao, D. Estrin, IEEE

transaction on mobile Computing, Vol 3., N. 3, 07-09.2004

[BAP] Sensor Networks: An Overview - Archana Bharathidasan, Vijay

Anand, Sai Ponduru, Department of Computer Science, UCLA. Non

publié. Après 2002.

[AB79] J.B. Allen and D. Berkley, Image Method for Efficiency

Simulating Small-Room Acoustics, Acoustical Soc. Am., vol. 65, no. 4,

Apr. 1979. California at Berkeley.

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Des Questions ?

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Architecture de testPDA iPAQ 3760

• Microphone intégré, codec audio

• Carte PCMCIA ( 802.11b)

• Alimentation par baterie,

Sous-ensemble de capteurs• Synchronisation temporelle des capteurs (RBS -

Reference Broadcast Synchronisation)

• Une unité pour le Beamforming (Master)

• un noeud pour la triangulation (Central Master)

L'Article

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Etapes de l'expérienceAcquisition (capteur)

FFT (capteur)

Transfert de données FFT (capteur -> Master)

AML (Master)

Emission de l'angle obtenu (Master -> Central Master)

Calcul de localisation (Central Master)

L'Article

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Méthode AML

L'Article

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Méthode LS

L'Article