Localisation pour les réseaux de capteurs

Localisation
pour les réseaux de capteurs
Systèmes embarqués mobiles
Cours de A. Lbath
Exposé de Pierre PARREND ([email protected])
www.rzo.free.fr/master.html
Sommaire
Contexte
Article
Critique et perspective
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
2
Contexte [BAP] :
Les réseaux de capteurs
Architecture
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
3
Contexte [BAP] :
Les réseaux de capteurs
Principes
Conditions
• 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
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
4
Contexte [BAP] :
Les réseaux de capteurs
Applications
Exemples
•
•
•
•
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
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
5
Contexte [BAP] :
Les réseaux de capteurs
Problématiques
Déploiement ad hoc
Reconfiguration automatique
Source d'énergie finie
Adaptation dynamique
Routage
Localisation
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
6
Contexte [BAP] :
Les réseaux de capteurs
Le noeud : composition d'un capteur
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
7
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
• Coûteux
Localisation par moyen propre indispensable
• 1 - Estimation de la distance aux noeuds
• 2 - Triangulation
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
8
Contexte [BAP] :
Les réseaux de capteurs
Le noeud: calcul de sa position géographique
Comment ?
Distance aux noeuds
• Propriétés du signal (propagation, atténuation)
Triangulation
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
9
Sommaire
Contexte
Article
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
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
10
L'Article
Les Auteurs
P. Bergamo
S. Asgari
D. Maniezzo
L. Yip
R. E. Hudson
K. Yao
D. Estrin
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
11
L'Article
Objectif
Validation des algorithmes présentés
Ban de test acoustique temps-réel sans
fil
'We claim using this model makes
source localization in a reverberant room
possible'
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
12
L'Article
Principes
Localisation 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
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
13
L'Article
Expérience
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
14
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
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
15
L'Article
Localisation
LS (Least square - moindres carrés)
Combinaison des DOA
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
16
L'Article
Discussion
Extensible 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
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
17
L'Article
Localisation par ensemble virtuel de
capteurs
'Virtual Source Model' [AB79]
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
18
L'Article
Ensemble virtuel de capteurs
Conséquences :
• Pas de conséquence sur le DOA
• Localisation : Nombreux chemins possibles
Solution:
• Chemins consistants
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
19
L'Article
Discussion
Intérêt
• 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
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
20
L'Article
Discussion
Problème
• 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 ??
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
21
Sommaire
Contexte
Article
Critique et perspective
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
22
Critiques et
perspectives
Critiques positives
Validation pratique de AML
Modèle d'ensemble virtuel
Pour capteurs et réverberation connue
Validation pratique de l'usage de iPAQ pour
la réalisation d'un banc de tests rapide à implémenter et peu coûteux
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
23
Critiques et
perspectives
Critiques négatives
Limité 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
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
24
Critiques et
perspectives
Thèmes abordés
Beamforming
Algorithme de localisation
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
25
Critiques et
perspectives
Perspectives
Bilan
• Méthode prometteuse
• Incomplète pour utilisation réelle
• Travaux en cours
Perspectives
• Perfectionnement de cette méthode
• Extension pour obstacles non connus
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
26
Où trouver des infos ?
Conférences
• Symposium Operating Systems Principles (SOSP)
• IEEE Int'l Conf. Computer Design (ICCD)
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
27
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
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
28
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.
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
29
Des Questions ?
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
30
L'Article
Architecture de test
PDA 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)
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
31
L'Article
Etapes de l'expérience
Acquisition (capteur)
FFT (capteur)
Transfert de données FFT (capteur -> Master)
AML (Master)
Emission de l'angle obtenu (Master -> Central
Master)
Calcul de localisation (Central Master)
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
32
L'Article
Méthode AML
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
33
L'Article
Méthode LS
27/01/2005
Localisation pour les réseaux de capteurs
34