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Projet CAPTIV Consommation et strAtégies cooPératives pour les Transmissions entre Infrastructure et Véhicules. Olivier BERDER IRISA/ENSSAT 6 rue de kerampont - 22300 LANNION Tél.: 02 96 46 91 70 Fax.: 02 96 46 90 75 e-mail: [email protected] www: http://www.irisa.fr. Contexte. - PowerPoint PPT Presentation
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Atelier Réseaux de capteurs
Atelier Réseaux de capteurs sans filENS Cachan – Antenne de BretagneJeudi 25 septembre 2008
Projet CAPTIVConsommation et strAtégies cooPératives pour les Transmissions entre Infrastructure et VéhiculesOlivier BERDER
IRISA/ENSSAT6 rue de kerampont - 22300 LANNIONTél.: 02 96 46 91 70Fax.: 02 96 46 90 75e-mail: [email protected]: http://www.irisa.fr
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°2
ContexteContexte
Sécurisation des usagers de la routeGestion de la fluidité du traficEmergence de nouveaux services
Solutions innovantes de communications radio-mobiles entre les véhicules et l’infrastructure Réseaux de capteurs
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°3
AgendaAgenda
Enjeux et objectifs du projet CAPTIVChoix technologiquesConception d’antennes et caractérisation du
canal de propagationSimulateurConclusions
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°4
CAPTIV : objectifsCAPTIV : objectifs
Transmission d’informations vers les véhicules (ou depuis les véhicules)
À travers un réseau ad-hoc (dense) Panneaux de signalisation communicants, capteurs divers
(GPS, image, comptage, …), infrastructures (GSM, UMTS, …), véhicules, cyclistes, piétons
Débit faible à moyen (jusqu’à qq 10kbits/s)
Autonomie énergétique et faible coût
Milieux hétérogènes (urbain, semi-urbain, campagne…)
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°5
Optimisation de l’énergie par bit utile transmis dans le réseau
Techniques de transmission coopératives et de traitement du signal
Architecture électronique faible énergie
AntennesExpérimentations et mesures de
canal
CAPTIV : solutionsCAPTIV : solutions
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°6
Verrous scientifiques et techniquesVerrous scientifiques et techniques
Composants électroniques et antennes optimisés en efficacité énergétiqueReconfiguration, faible énergie, veille, …
Communications coopérativesRéseau ad-hoc hétérogène (sans infrastructure)
– Densité hétérogène des nœuds– Routage, gestion de l’énergie
Transmissions multi-antennes
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°7
PartenairesPartenaires Laboratoires de recherche
Soutiens financiers et collectivités
Partenaires académiques
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°8
Applications potentiellesApplications potentielles
Informations liées à la sécurité Authentification de la signalisation
– e.g. passages piétons, deux-roues, ralentisseurs, vitesse, feux
Détection de situations anormales Densité, fluidité du trafic
Régulation de vitesseServices
Signalisation active Parkings, transports en commun, …
Géolocalisation…
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°9
Reconnaissance de signalisationReconnaissance de signalisation
Restitution– Affichage sur tableau de bord– Synthèse vocale
Signalisation dynamique– Travaux– Bouchons
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°11
Exemple d’application : accidentologie en intersection
10%Autres
14%Collision arrière
7%Collision frontale
2%Tourne à droite
12%Tourne à gauche coupant le flux opposé
21%Tourne à gauche en insertion
34%Traversée / franchissement
Données B
AA
C 2003 /
ville et rase campagne confondues
Source : Page and Chauvel, 2004Source : Page and Chauvel, 2004
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°12
Manque de visibilité des usagers venant de voie prioritaire par les usagers venant de la voie secondaire
Trafic moyen journalier (données 2005) RD 9 entre Guingamp et Lanvollon
– 6000 véhicules/ jour
RD 67 entre Goudelin et Gommenech– 1000 véhicules/ jour
Site expérimental : intersection de Goudelin, RD9/ RD67
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°14
Détection de contresensDétection de contresens
Estimation de direction– Détection de l’anomalie– Avertissement aux voitures proches– Propagation de l’information vers un central
contresens
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°15
AgendaAgenda
Enjeux et objectifs du projet CAPTIVChoix technologiquesConception d’antennes et caractérisation du
canal de propagationSimulateurConclusions
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°16
Paramètres et indicateurs pertinents pour le démonstrateur
Consommation < 100mw Portée de 100m minimum Mobilité de 100km/h Nomadisme Réactivité de 100 ms maximum Coût faible Débit >10kbit/s Densité d’utilisateurs >10
Cahier des chargesCahier des charges
Disponibilité Maturité industrielle Facilité de développement Licence d’utilisation Encombrement physique
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°17
Technologies disponiblesTechnologies disponibles
Bandes Débit max.
Accès mult.
Portée En.
802.11b
WiFi
2.4 GHz 2 Mbit/s CSMA/CA 150m ++++ KO
802.11a 5 GHz 54 Mbit/s CSMA/CA 100 m ++++ KO
802.15.1
Bluetooth
2.4 GHz 1 Mbit/s CDMA 10 m ++ KO
802.15.4
ZigBee
2.4 GHz
868 MHz
250 kbit/s
20 kbit/s
CSMA/CA 100 m
300 m
+ OK
802.15.4a
UWB LR
3.1-10.6
GHz
1 Mbit/s 100 m ++ KO
RFID 13.56 MHz
863 MHz
2.4 GHz
25 kbit/s
28 kbit/s
100 kbit/s
1 m
1 m
30 m
+ KO
DSRC 5.8 GHz 500/250
Kbit/s
20 m ++ KO0 10m 100m Portée
Débit
1 Gbit/s
100Mbit/s
10 Mbit/s
10 Mbit/s
1 Mbit/s
100 kbit/s
10 kbit/s802.15.4
ZigBee
802.15.1Bluetooth
802.11.bWiFi
802.11.a/g/nHyperlan
802.15.3a UWB
HR
802.15.4aUWB LR
802.16eWIMAX
DSRC
RFID
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°18
Caractérisation du standard IEEE Caractérisation du standard IEEE 802.15.4/ZigBee802.15.4/ZigBee
Mesures effectuées avec une plate-forme Silabs 2.4 DK
Portée en utilisation fixe 190 m Distance d’accrochage en mobilité : (180 m, 50 km/h), (150 m-100 km/h)
– Bon fonctionnement en mobilité mais effet de la réactivité
Réactivité : temps(connexion + première trame) = 587 ms Débit pour deux longueurs de trame : (5 o, 8,8 kbit/s), (94 o, 94 kbit/s) Consommation 55 mA Test en charge avec 10 modules
La réactivité et le débit non conformes aux besoins utilisation de la couche physique IEEE 802.15.4 avec un protocole plus réactif
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°19
Plate-forme électronique et radioPlate-forme électronique et radio
Solution SiLabs (Télécom Bretagne, IETR) Microcontrôleur 8051, HF CC2420 Pile de protocole Zigbee Bon marché, facile à prendre en main, mais très peu ouvert
Solution Softbaugh (IRISA/ENSSAT) Microcontrôleur MSP430, HF CC2420 Plate-forme ouverte Pile Zigbee/802.15.4 en option
Protocole propriétaire (IRISA/ENSSAT) Réduction énergie et taille de code Nouvelle plate-forme en cours de fabrication
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°20
Techniques « multi-antennes »entre nœuds du réseau
Communications coopérativesCommunications coopératives
Système distribué à transmission coopérative
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°21
Technique MIMO coopérativeTechnique MIMO coopérative
Trois phases de communications MIMO coopératives Phase 1: Echange de données local Phase 2: Transmission MIMO coopérative Phase 3: Réception coopérative
SD
transmission MIMO
dm<<d
dm = 1..10 m
d
dm
Nt
Nr
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°22
Consommation énergétique du MIMO coopératif
Le MIMO coopératif est plus efficace énergétiquement que le SISO et le multi-sauts pour des transmissions à longue distance
[VTC07, GRETSI07, IRAMUS07, VTC08, ICC08]
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°23
AgendaAgenda
Objectifs du projet CAPTIVChoix technologiquesConception d’antennes et caractérisation du
canal de propagationSimulateurConclusions
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°24
Application : antenne à 2,45 GHzmonocouche d’ITO (oxyde d’indium dopé à l’étain)
matériau transparent et conducteurFilm ITO (0,68 µm) sur verre Corning
transparent : 71% < %T < 88%conducteur : R = /e = 11,1 /
Matériau transparent & conducteur
Détail gravure
(F = 1 J/cm2)
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°25
Accès 1
Accès 2
1 2
Alimentation via un coupleur 3dB/90°
z’
x’
y’
Simulation : antenne monopole losange
Diagrammes de rayonnement à 2,45 GHz
Accès 1
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°26
Antennes + coupleur
Réseau d’antennes monopole losange + coupleur
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°27
Canal de propagationCanal de propagation
Objectif Liaison fiable sur au moins 100 m Emission : 2,45 GHz, 10 dBm
Système de mesure Emetteur placé dans un véhicule (1 antenne omni sur le toit) 2 récepteurs synchronisés placés sur les panneaux de
signalisationPrototype d’antennes
2 réseaux de 2 patchs alimentés par un diviseur de Wilkinson Ouverture à -3 dB de 80° dans le plan H Ouverture à -3 dB de 45° dans le plan V Gain de 8,4 dB à 2,45 GHz
80°
80°
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°29
Evanouissements non corrélés
Utilisation de la diversité d’antennes
Résultats de mesureRésultats de mesure
5 10 15 20 25 30
-95
-90
-85
-80
-75
-70
-65
-60
-55
-50
-45
Temps(sec)
Puis
sance r
eçue(d
Bm
)
Scénario 2-4 : Vecteurs yr et z avec yr(k+DM) = y(k)
MS2723B
MS2724B
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°30
AgendaAgenda
Objectifs du projet CAPTIVChoix technologiquesConception d’antennes et caractérisation du
canal de propagationSimulateurConclusions
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°31
Intérêts de l’environnement de simulationIntérêts de l’environnement de simulation
Conception sans contraintes matériellesValidation du code embarquéCréation d’un réseau avec un nombre important de
nœuds (fixes et mobiles)
Immersion du conducteur dans un environnement virtuel réaliste Création de scénarii paramétrables (conditions
climatiques, intensité du trafic)
Intégration de l’utilisateur final dans l’élaboration des différents services
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°32
Caractéristiques de l’environnement de Caractéristiques de l’environnement de simulationsimulationModèle de propagation radioélectriqueCo-simulation avec le logiciel de simulation de
conduite EF-X ECA-FAROS
Compatibilité avec le protocole de communication développé à l’IRISA
EF-X version light EF-X version intégrale
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°33
ConclusionsConclusions
Projet Captivavril 2006 - mars 2009coûts additionnels (Région Bretagne, CG22)
Démonstrateur radioSimple à déployer, faible coût, faible énergie
Intégration dans un simulateur de conduitePerformance des antennes et des transmissions
coopératives
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°34
IHM du démonstrateurIHM du démonstrateur
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°36
PerspectivesPerspectives
Carrefours à équiperRoute du futur, vehipole
Fiabilisation du protocole de communicationOptimisation de l’efficacité énergétique
Conception d’antennesAlgorithmes multi-antennes
Ergonomie de l’IHMAutres applicationsPartenaires industriels
Appel à projets ANR (ex PREDIT)
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°37
PartenairesPartenaires
Laboratoires de recherche
Soutiens financiers et collectivités
Partenaires académiques
Atelier Réseaux de capteurs Diapositive n°38
ParticipantsParticipants
INRIA (projet CAIRN) Olivier Berder Olivier Sentieys Philippe Quémerais Jérôme Astier Tuan Duc Nguyen Michel Bernard
Telecom Bretagne Gerald Le Mestre Jacky Ménard Yvon Le Roux
IETR Ratiba Benzerga Xavier Castel Mohammed Himdi Ghaïs El Zein Yvan Kokar Gheorge Zaharia
LRPC Sophie Jégou
Vehipole Philippe Cosquer