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

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Présentation au sujet: "Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA."— Transcription de la présentation:

1 Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services STAGE DE DEA DEA Images et Systèmes LOCALISATION DES STATIONS MOBILES DANS LES RESEAUX SANS FILS Simulations et Mesures Présenté par Thanh Hà LÊ à lINSA de Lyon, le 9 Septembre 2004 Superviseurs : Jean Marie GORCE Maître de conférence à lINSA de Lyon Katia RUNSER Doctorante à lINSA de Lyon Rapporteur: M. Hervé Saint Jalmes Professeur à lUniversité Claude Bernard - Lyon 1

2 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes2 Plan 1. Introduction 2. Etude bibliographique 3. Objectifs du stage 4. Présentation des résultats 5. Conclusions & perspectives

3 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes3 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 lintérieur dun bâtiment, service dimpression Caractéristiques du canal radio dans les environnements Indoor Pas de chemin direct entre lémetteur et récepteur Interférences, instable dans le temps … Technologies de localisation dans les environnements Indoor

4 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes4 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 b Puissance du signal Difficultés: chemin multiple, réflexion, réfraction …

5 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes5 2. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE Techniques RF Principe de fonctionnement Localisation à laide des signaux radio Prétraitement : base de connaissances de lenvironnement (phase offline) Localisation: détermination de position dun 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 déterministesMéthodes probabilistes Client centré Système CMU-TMI Système Fingerprinting Système Horus Robotic-based location Serveur centréSystème RadarSystème Nibble Tableau 1: Techniques RF AP1 AP2 AP5 AP4 AP3 Position à localiser Figure 1: Principe de fonctionnement Figure 2 : Carte de couverture

6 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes6 2. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE Système Radar – Méthode déterministe P.Bahl et al. (2000) [9] 43,2m x 22,5m, 3 points daccès 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 Tracking Figure 4 : Méthode k-NNSS Figure 3 : Banc dessai du système Radar

7 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes7 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: P k ( AP 1 = s 1, AP 2 = s 2, …, AP n = s n ) = P k (AP 1 =s 1 ).P k (AP 2 =s 2 )…..P k (AP n =s n ) Regroupement des points daccès Figure 5 : Banc dessai du système Horus Figure 6 : Histogramme

8 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes8 3. OBJECTIFS DU STAGE Intégration dun 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

9 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes9 3. OBJECTIFS DU STAGE Moteur de calcul de couverture WILDE Prédiction du niveau de puissance reçu en tout point du plan 2D dun bâtiment Résolution fine: 1pixel = 10cm Figure 7 : Carte de couverture à la résolution 1x1 Figure 8 : Carte de couverture à la résolution 6x6

10 Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services 4. PRESENTATION DES RESULTATS a. Validation du système implanté b. Localisation avec le moteur WILDE c. Localisation des points dun trajet continu

11 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes11 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 Figure 9 : Validation du système implanté avec les mesures Erreur quadratique moyenne Radar: 3m, Horus: 1.4m

12 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes12 4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS a. Validation du système implanté Avec nos mesures et notre système de localisation Résultats de littérature MéthodeRadarHorusRadarHorus Erreur à 75% (mètre) Erreur médiane (mètre) 1.8< Tableau 2: Comparaisons avec Radar et Horus

13 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes13 4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS b. Localisation avec WILDE Résultat 1: Base de données de simulation Nombre de points daccès Nombre de points à localiser Erreur quadratique moyenne 4,5, , 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 laide de WILDE Rappel : Avec la base de données de mesure, lerreur moyenne de Radar est de 3 mètres

14 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes14 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 Figure 11 Figure 10: Zones de symétrie en espace des signaux Zone 1 Zone 2

15 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes15 4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS b. Localisation avec WILDE Figure 12: Modification de la base de données avec le seuil de détection

16 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes16 4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS b. Localisation avec WILDE Nombre de points daccès Nombre de points à localiser Erreur 4,5, , Tableau 4: Résultats obtenus avec le seuil de détection Rappel: Sans seuil de détection, lerreur 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

17 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes17 4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS c. Localisation des points dun trajet continu 0 ou 1 signal reçu 3 signaux reçus Trajet de localisation Figure 14 : Localisation des points dun trajet

18 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes18 4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS c. Localisation des points dun trajet continu Nb. signauxErreur mètres mètres mètres Figure 15 : Erreur de localisation des points dun trajet Tableau 5: Erreur moyenne des points dun trajet

19 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes19 4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS c. Localisation des points dun trajet continu Figure 16 : Erreur de localisation en fonction du nombre des signaux reçus

20 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes20 5. CONCLUSIONS et PERSPECTIVES La localisation dans les environnements Indoor dépend: de la qualité de la base de données du positionnement des points daccès Utilisation de la simulation Qualité du simulateur Avantages Perspectives Technique « User Tracking » Technique probabiliste Nouvelles expérimentations avec un bon positionnement des points daccès. Mise en place dun service de localisation

21 Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services QUESTIONS ?

22 Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique et Automatique de Lyon Centre dInnovation en Télécommunications & Intégration de services ANNEXES

23 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes23 Planning temps11/0312/0301/0402/0403/0404/0405/0406/04 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 07/0408/0409/04 Utilisation la simulation pour localiser les points de mesure Rédaction du rapport et préparation de la soutenance

24 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes24 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 dBm Histogramme réel Distribution gaussienne Histogramme réelDistribution gaussienne

25 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes25 Validation du système implanté Figure 17 : MESURES – Distribution des erreurs

26 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes26 Difficultés - Avantages Difficultés Recherche bibliographique Exécution du programme Modes dévaluation Avantages Connaissances techniques Durée de réalisation du projet Aides des tuteurs

27 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes27 Expériences retenues Programmation Techniques de localisation Méthode de recherche, travail dans un laboratoire Méthode de travail : discussion, réunion, synthèse …

28 9 Septembre 2004 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes28 Base de données Structure générale 1 référence sur les histogrammes des N points daccès qui couvrent le point de mesure 1 point de mesure listHistogramme s dataBase vecteur de n points de mesure PointMesure XYWH Histogramme refAPmoyenneécart type histogramme Figure 7 : Structure de la base de données


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