localisation pour les réseaux de capteurs · 2005-01-26 · 27/01/2005 localisation pour les...
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Localisationpour les réseaux de capteurs
Systèmes embarqués mobiles
Cours de A. Lbath
Exposé de Pierre PARREND ([email protected])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