STAGE DE DEA DEA Images et Systèmes LOCALISATION DES STATIONS MOBILES DANS LES RESEAUX SANS FILS Simulations et Mesures

1. STAGE DE DEADEA Images et SystèmesLOCALISATION DES STATIONS MOBILESDANS LES RESEAUX SANS FILSSimulations 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 Lyon Katia RUNSER Doctorante à l’INSA de Lyon Rapporteur: M. Hervé Saint Jalmes Professeur à l’Université Claude Bernard - Lyon 1

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

4. 2. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUETechnologies 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 … Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

5. AP5 AP1 AP4 Position à localiser AP2 AP3 Figure 1: Principe de fonctionnement 2. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUETechniques 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 Figure 2 : Carte de couverture Tableau 1: Techniques RF Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

6. 2. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUESystème 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 Tracking Figure 3 : Banc d’essai du système Radar Figure 4 : Méthode k-NNSS Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

7. 2. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUESystème 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 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 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

9. 3. OBJECTIFS DU STAGEMoteur 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 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

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

11. 4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS a. Validation du système implanté Erreur quadratique moyenne Radar:3m, Horus:1.4m Construction de la base de données MESURES REELLES Point de test 137 POINTS DE MESURES Figure 9 : Validation du système implanté avec les mesures Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

12. 4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATS a. Validation du système implanté Tableau 2: Comparaisons avec Radar et Horus Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

13. 4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATSb. Localisation avec WILDE Résultat 1: Base de données de simulation Construction de la base de données SIMULATION à l’aide de WILDE Point de test 137 POINTS DE MESURES Tableau 3: Résultats obtenus avec la base de données de simulation Rappel : Avec la base de données de mesure, l’erreur moyenne de Radar est de3 mètres Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

14. 4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATSb. Localisation avec WILDE Zone 1 • Interprétations • Zones de symétrie • Ecart entre les mesures expérimentales et les valeurs de simulation Zone 2 Figure 10: Zones de symétrie en espace des signaux Figure 11 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

15. 4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATSb. Localisation avec WILDE Figure 12: Modification de la base de données avec le seuil de détection Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

16. 4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATSb. Localisation avec WILDE Résultat 2 : Base de données avec le seuil de détection Tableau 4: Résultats obtenus avec le 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 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 Figure 14 : Localisation des points d’un trajet 0 ou 1 signal reçu 3 signaux reçus Trajet de localisation Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

18. 4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATSc. Localisation des points d’un trajet continu Tableau 5: Erreur moyenne des points d’un trajet Figure 15 : Erreur de localisation des points d’un trajet Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

19. 4. PRESENTATION DE TRAVAIL ET DES RESULTATSc. Localisation des points d’un trajet continu Figure 16 : Erreur de localisation en fonction du nombre des signaux reçus 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 Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

21. QUESTIONS ?

22. ANNEXES

23. Planning Utilisation la simulation pour localiser les points de mesure Rédaction du rapport et préparation de la soutenance Rapport et soutenance de PFE Réalisation et traitement des mesures expérimentales Implantation et validation du système Conception du système Recherche bibliographique 11/03 12/03 01/04 02/04 03/04 04/04 05/04 06/04 07/04 08/04 09/04 temps Figure 1: Planning du projet Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

24. dBm -92 -90 -88 Histogramme réel Distribution gaussienne Base de données Construction des histogrammes • En simulation • Avec les mesures expérimentales Histogramme réel Distribution gaussienne Figure 15 : Construction de l'histogramme en simulation Figure 16: Points de mesures réalisés au laboratoire CITI Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes

25. Validation du système implanté Figure 17 : MESURES – Distribution des erreurs 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 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 … Thanh Ha LE - INSA de Lyon - DEA Images et Systèmes