Sujet PFE extensible Sujet : Localisation 3D indoor RF

Sujet PFE extensible Sujet : Localisation 3D indoor RF Encadrants : Abdelfettah Belghith, Abderrahim Benslimane, Amel Ben Slimane Co‐Encadrant : La localisation à l’intérieur de bâtiments présente un enjeu important dans de nombreux domaines industriels, médicaux et commerciaux. A notre connaissance, il n’existe aujourd’hui aucun système de localisation à l’intérieur fiable, robuste, à faible consommation et à faible coût. De nombreuses applications dans les réseaux de capteurs nécessitent la connaissance de la localisation des nœuds : application médicale, contrôle du climat, surveillance militaire, etc. Les solutions proposées doivent prendre en compte les caractéristiques des capteurs. Les principales caractéristiques qui nous concernent dans ce projet sont la connectivité/mobilité, la limitation en mémoire et en énergie, la limitation en portée de transmission, la capacité de calcul et les mauvaises conditions de transmission surtout en milieu fermé (indoor). Dans de telles conditions, nous nous intéressons à la localisation indoor dans les réseaux de capteurs. Il s’agit de positionner un nœud (capteur) mobile connaissant la position d’un ensemble déterminé de nœuds appelés ancres. La localisation se fera en 3 D avec différentes technologies. Nous pouvons énumérer, de façon non exhaustive, plusieurs systèmes qui peuvent être utilisés pour la localisation : l’ultrason (systèmes Cricket [1] et Active Bat [2]), l’infrarouge (système Active Badge [5]), et les ondes radio avec plusieurs technologies et standards tels que le Zigbee, les réseaux maillés à 868MHz, le Bluetooth (système Cisco de AeroScout), le WiFi (système RADAR de Microsoft [3]) et la RFID ou Radio Frequency Identification (SpotOn [4], LANDMARC [6]) et UWB (Ubisense [7], [8]). Plusieurs solutions énumérées ci‐dessus peuvent être utilisées en indoor sous certaines conditions dépendant de l’application visée avec une précision donnée. 1. Utilisation de la RF La transmission radio peut prendre place en utilisant différentes bandes de fréquences, de 300 Hz et allant jusqu’à 300 THz. Chaque bande de fréquence a ses avantages et ses inconvénients. Dans les bandes de fréquence libres, il y a plusieurs possibilités : ‐ la bande microwave 2.4 GHz utilisant WiFi, Bluetooth ou ZigBee ‐ la bande UHF 868 ‐ 960MHz avec utilisation de Wavenis, Konnex, ZigBee (en option) et RFID La transmission radio est sujette à différents paramètres tels que le fading, pathloss, multipath (étalement de délai, interférence entre chemins issus d’un émetteur (Rayleigh fading), modulation de fréquence aléatoire (Doppler shifts), gain de puissance, rapport signal sur bruit, puissance du signal reçu, puissance de bruit, environnement libre, etc. Ainsi, ce sont ces paramètres qui vont poser problème à la localisation indoor et influencer la précision des mesures. Notre but est de pallier à ces problèmes. ‐ Etudier l’environnement RF : effet Doppler, chemins multiples, répercussion, etc. ‐ Etudier les différentes technologies de communication RF par simulations et voir lesquelles sont bien adaptés pour la localisation indoor. ‐ Etudier la disposition optimale du système d’identification RF. Partie recherche : ‐ Proposition d’un système de localisation 3D indoor utilisant un réseau de capteurs (et en s’aidant avec de la WiFi). – Analyse et simulations dans le cas d’un réseau de secours connecté de façon intermittente. Implémentation dans le cas où le matériel est disponible. Références : [1] B. Priyantha, A. Chakraborty, H. Balakrishnan, « The Cricket location‐support system », in Proc. ACM MOBICOM, Boston, MA, August 2000. [2] A. Ward, A. Jones, and A. Hopper, “A new location technique for the active office,” IEEE Personal Communications, vol. 4, no. 5, Oct. 1997, pp. 42–47, [3] P. Bahl, V.H. Padmanablan, « RADAR: an in‐building RF‐based user location and tracking system », in Proc. IEEE Infocom 2000, Tel Aviv, Israel, March 2000 [4] G. Boriello, J. Hightower, C. Vakili, R. Want, « SpotOn : Ad‐hoc location sensing », http://portolano.cs.washington.edu/projects/spoton/] [5] R. Want et al., “The Active Badge Location System”, ACM Trans. Information Systems, Jan. 1992, pp. 91‐102. [6] L.M. Ni, Y. Liu, Y.C. Lau, and A.P. Patil. “LANDMARC: indoor location sensing using active RFID”, In Proc. of PerCom, pages 407–415, 2003. [7] UbiSense. http://www.ubisense.net. [8] S. Gezici, Z. Tian, G. B. Biannakis, H. Kobayashi, A. F. Molisch, H. V. Poor, and Z. Sahinoglu, “Localization via ultra‐wideband radios”, IEEE Signal Processing Magazine, 2005. Autres références: 1. F. Seco, A. Jimenez, C. Prieto, J. Roa, and K. Koutsou, “A survey of mathematical methods for indoor localization,” in Intelligent Signal Processing, 2009. WISP 2009. IEEE International Symposium on, 2009, pp. 9 –14. 2. D. Zhang, F. Xia, Z. Yang, L. Yao, and W. Zhao, “Localization technologies for indoor human tracking,” CoRR, vol. abs/1003.1833, 2010. 3. Inc. Cisco Systems, “Wi‐fi location‐based services 4.1 design guide,” Tech. Rep., May 2008. 4. P. Barsocchi, S. Lenzi, S. Chessa, and G. Giunta, “Virtual calibration for RSSI‐based indoor localization with ieee 802.15.4,” in Communications, 2009. ICC ’09. IEEE International Conference on, 2009, pp. 1 –5. 5. T. Sanpechuda and L. Kovavisaruch, “A review of rfid localization: Applications and techniques,” in Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology, 2008. ECTICON 2008. 5th International Conference on, vol. 2, May 2008, pp. 769 –772. 6. A. Salazar, “Positioning bluetooth reg; and wi‐fi trade; systems,” Consumer Electronics, IEEE Transactions on, vol. 50, no. 1, pp. 151 – 157, Feb. 2004. 7. H. Hile and G. Borriello, “Positioning and orientation in indoor environments using camera phones,” Computer Graphics and Applications, IEEE, vol. 28, no. 4, pp. 32 –39, 2008. 8. T. Nishimura, Y. Nakamura, H. Tomobe, T. Kurata, T. Okuma, and Y. Matsuo, “Location estimation using auditory signal emitted and received by all objects,” in Networked Sensing Systems, 2007. INSS’07. Fourth International Conference on, 2007, p. 295. 9. M. Papandrea, “Multimodal ubiquitous localization: a gps/wifi/gsmbased lightweight solution,” in World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks Workshops, 2009. WoWMoM 2009. IEEE International Symposium on a, 2009, pp. 1 –3. 10. O. Vinyals, E. Martin, and G. Friedland, “Multimodal indoor localization: An audio‐wireless‐based approach,” in Semantic Computing (ICSC), 2010 IEEE Fourth International Conference on, 2010, pp. 120–125. 11. Open Mobile Alliance, “Mobile Location Protocol,” version 1.2.1, 2004. 12. M. Henning and M. Spruiell, Distributed Programming with Ice, Revision 3.4, 2010. [13] Object Management Group, “Property service specification,” version 1.0, 2000. 14. F. Villanueva, D. Villa, M. Santofimia, F. Moya, and J. Lopez, “A framework for advanced home service design and management,” Consumer Electronics, IEEE Transactions on, vol. 55, no. 3, pp. 1246 –1253, 2009. 15. Open Geospatial Consortium Inc., “Opengis implementation standard for geographic information ‐ simple feature access ‐ part 2: Sql option,” Candidate Version 3.1, 2010.