Download - Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

Transcript
Page 1: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon

Centre d’Innovationen Télécommunications & Intégration de services

STAGE DE DEA

DEA Images et Systèmes

LOCALISATION DES STATIONS MOBILESDANS LES RESEAUX SANS FILS

Simulations et Mesures

Présenté par Thanh Hà LÊ à l’INSA de Lyon, le 9 Septembre 2004

Superviseurs : Jean Marie GORCE Maître de conférence à l’INSA de LyonKatia RUNSER Doctorante à l’INSA de Lyon

Rapporteur: M. Hervé Saint Jalmes Professeur à l’Université Claude Bernard - Lyon 1

Page 2: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

2

Plan

1. Introduction

2. Etude bibliographique

3. Objectifs du stage

4. Présentation des résultats

5. Conclusions & perspectives

Page 3: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

3

1. INTRODUCTION

Utilisation des dispositifs de calcul portatifs et des réseaux sans fils

Services dépendant de la position physique

Localisation dans les environnements Indoor

Exemples: guidage à l’intérieur d’un bâtiment, service d’impression

Caractéristiques du canal radio dans les environnements Indoor Pas de chemin direct entre l’émetteur et récepteur Interférences, instable dans le temps …

Technologies de localisation dans les environnements Indoor

Page 4: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

4

2. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

Technologies de localisation

GPS (Global Positioning System): environnements « outdoor »

Infrarouge : Système Active Badge (1992) [1]

Ultrason: Système de Constellation (1998) [2] Système Bat (1999) [3] Système Cricket (2000) [4]

Radio Fréquence (RF) Réseaux sans fils 802.11b Puissance du signal Difficultés: chemin multiple, réflexion, réfraction …

Le Thanh Ha
Page 5: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

5

2. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

Techniques RF

Principe de fonctionnement Localisation à l’aide des signaux radio Prétraitement : base de

connaissances de l’environnement (phase offline)

Localisation: détermination de position d’un utilisateur mobile (phase online)

Méthodes de localisation Méthodes déterministes:

puissance moyenne du signal Méthodes probabilistes: histogramme des niveaux de puissance

Architecture: Serveur centré Client centré

Méthodes déterministes

Méthodes probabilistes

Client centré Système CMU-TMISystème Fingerprinting

Système HorusRobotic-based location

Serveur centré

Système Radar Système NibbleTableau 1: Techniques RF

AP1

AP2

AP5

AP4

AP3

Position à localiser

Figure 1: Principe de fonctionnement

Figure 2 : Carte de couverture

Page 6: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

6

2. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

Système Radar – Méthode déterministe

P.Bahl et al. (2000) [9] 43,2m x 22,5m, 3 points d’accès

Construction de base de données Méthode empirique Modèle de propagation

Méthodes de localisation NNSS – Nearest Neighbor in Signal Space

k-NNSS (figure 3)

Continuous User TrackingFigure 4 : Méthode k-NNSS

Figure 3 : Banc d’essai du système Radar

)²(1

)',(1

'

N

iii pp

NPPd

Page 7: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

7

2. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

Système Horus – Méthode probabiliste

M.A.Youssef et al. (2002,2003) [15]

Base de données: 67m x 25,5m, grille de 1.7x1.7m 110 points de mesure 300 échantillons à chaque point de mesure Histogramme des niveaux de signal (figure 6)

Technique Joint Clustering Probabilité conjointe:

Pk( AP1 = s1, AP2 = s2, … , APn = sn) = Pk(AP1=s1).Pk(AP2=s2)…..Pk(APn=sn)

Regroupement des points d’accès

Figure 5 : Banc d’essai du système Horus

Figure 6 : Histogramme

Page 8: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

8

3. OBJECTIFS DU STAGE

Intégration d’un simulateur de couverture radio dans la phase de prétraitement

Implanter des méthodes de localisation

Intégrer le simulateur radio

Comparer les méthodes de localisation implantées

Evaluer les performances de notre système

Page 9: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

9

3. OBJECTIFS DU STAGE

Moteur de calcul de couverture WILDE

Prédiction du niveau de puissance reçu en tout point du plan 2D d’un bâtiment

Résolution fine: 1pixel = 10cm

Figure 7 : Carte de couverture à la résolution 1x1

Figure 8 : Carte de couverture à la résolution 6x6

Page 10: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon

Centre d’Innovationen Télécommunications & Intégration de services

4. PRESENTATION DES RESULTATS

a. Validation du système implanté b. Localisation avec le moteur WILDE c. Localisation des points d’un trajet continu

Page 11: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

11

4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS

a. Validation du système implanté

Construction de la base de données

MESURES REELLES

Point de test

137 POINTS DE MESURES

Valeurs cumulées

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5erreur (m)

%

RadarHorus

Figure 9 : Validation du système implanté avec les mesures

Erreur quadratique moyenneRadar: 3m, Horus: 1.4m

Page 12: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

12

4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS

a. Validation du système implanté

Avec nos mesures et notre système de

localisation

Résultats de littérature

Méthode Radar Horus Radar Horus

Erreur à 75% (mètre)

3.7 1.7 3 1.3

Erreur médiane (mètre)

1.8 <0.5 2.9 0.5

Tableau 2: Comparaisons avec Radar et Horus

Page 13: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

13

4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS

b. Localisation avec WILDE

Résultat 1: Base de données de simulation

Nombre de points d’accès

Nombre de points à localiser

Erreur quadratique

moyenne

4,5,6 137 6.2

5,6 114 5.1

6 50 3.5

Tableau 3: Résultats obtenus avec la base de données de simulation

Point de test

137 POINTS DE MESURES

Construction de la base de données

SIMULATION à l’aide de WILDE

Rappel : Avec la base de données de mesure,l’erreur moyenne de Radar est de 3 mètres

Page 14: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

14

4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS

b. Localisation avec WILDE

Interprétations

Zones de symétrie

Ecart entre les mesures expérimentales et les valeurs de simulation

AVAYA2 - Sans seuil de détection

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

0 20 40 60 80 100 120 140

Simulation

Mesure

Figure 11

Figure 10: Zones de symétrie en espace des signaux

Zone 1

Zone 2

Page 15: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

15

4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS

b. Localisation avec WILDE

AVAYA2 - Avec un seuil de détection de -90dBm

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

0 20 40 60 80 100 120 140

indice

pu

iss

an

ce

(d

Bm

)

Simulation

Mesure

Figure 12: Modification de la base de données avec le seuil de détection

Page 16: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

16

4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS

b. Localisation avec WILDE

Nombre de points d’accès

Nombre de points à localiser

Erreur

4,5,6 137 5.4

5,6 114 4.4

6 50 3.5

Tableau 4: Résultats obtenus avec le seuil de détection

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 1 2 3 4 5 6erreur (mètre)

po

urc

enta

ge

Avec les mesures

Avec Wilde, sans seuil de détection

Avec Wilde, avec seuil de détection

Rappel: Sans seuil de détection,l’erreur moyenne de 137 points est de 6.2 mètres Figure 13: Résultats obtenus

par les mesures et par la simulation

Résultat 2 : Base de données avec le seuil de détection

Page 17: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

17

4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS

c. Localisation des points d’un trajet continu

0 ou 1 signal reçu

3 signaux reçus

Trajet de localisation

Figure 14 : Localisation des points d’un trajet

Page 18: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

18

4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS

c. Localisation des points d’un trajet continu

Nb. signaux Erreur

0 6 9.7 mètres

3 6 5.8 mètres

4 6 4.3 mètres

Figure 15 : Erreur de localisation des points d’un trajet

Tableau 5: Erreur moyenne des points d’un trajet

Ballade

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

indice

erre

ur

de

loca

lisat

ion

(m

)

0

1

2

3

4

5

6

7

Erreur de localisation

Nombre de signaux visibles

Page 19: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

19

Erreur de localisation en fonction du nombre de signaux reçus

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4 5 6 7

nombre des signaux reçus

err

eu

r d

e lo

calisati

on

(m

ètr

es)

Valeurs réélles

Valeur moyenne

4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS

c. Localisation des points d’un trajet continu

Figure 16 : Erreur de localisation en fonction du nombre des signaux reçus

Page 20: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

20

5. CONCLUSIONS et PERSPECTIVES

La localisation dans les environnements Indoor dépend: de la qualité de la base de données du positionnement des points d’accès

Utilisation de la simulation Qualité du simulateur Avantages

Perspectives Technique « User Tracking » Technique probabiliste Nouvelles expérimentations avec un bon positionnement des

points d’accès. Mise en place d’un service de localisation

Page 21: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon

Centre d’Innovationen Télécommunications & Intégration de services

QUESTIONS ?

Page 22: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon

Centre d’Innovationen Télécommunications & Intégration de services

ANNEXES

Page 23: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

23

Planning

temps11/03 12/03 01/04 02/04 03/04 04/04 05/04 06/04

Recherche bibliographique

Conception du système

Implantation et validation du système

Réalisation et traitement des mesures expérimentales

Rapport et soutenance de PFE

Figure 1: Planning du projet

07/04 08/04 09/04

Utilisation la simulation pour localiser les points de mesureRédaction du rapport et préparation de la soutenance

Page 24: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

24

Base de données Construction des histogrammes

En simulation

Avec les mesures expérimentales

Figure 15 : Construction de l'histogramme en simulation

Figure 16: Points de mesures réalisés au laboratoire CITI

-92 -90 -88 dBm

Histogramme réel

Distribution gaussienne

Histogramme réel Distribution gaussienne

Page 25: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

25

Validation du système implanté

Histogramme - Radar

0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4 5erreur(m)

%

0

20

40

60

80

100

Histogramme

Valeur cumulée

Histogramme - Horus

0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4 5erreur(m)

%

0

20

40

60

80

100

Histogramme

Valeur cumulée

Figure 17 : MESURES – Distribution des erreurs

Page 26: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

26

Difficultés - Avantages

Difficultés Recherche bibliographique Exécution du programme Modes d’évaluation

Avantages Connaissances techniques Durée de réalisation du projet Aides des tuteurs

Page 27: Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA.

9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

27

Expériences retenues

Programmation

Techniques de localisation

Méthode de recherche, travail dans un laboratoire

Méthode de travail : discussion, réunion, synthèse …