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Olivier BERDER IRISA/ENSSAT 6 rue de kerampont - 22300 LANNION Tél.: 02 96 46 91 70 PowerPoint PPT Presentation


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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.

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Presentation Transcript


Olivier berder irisa enssat 6 rue de kerampont 22300 lannion t l 02 96 46 91 70

Projet CAPTIVConsommation 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

Atelier Réseaux de capteurs


Contexte

Contexte

  • Sécurisation des usagers de la route

  • Gestion de la fluidité du trafic

  • Emergence de nouveaux services

  • Solutions innovantes de communications radio-mobiles entre les véhicules et l’infrastructure

    • Réseaux de capteurs

Atelier Réseaux de capteurs


Agenda

Agenda

  • Enjeux et objectifs du projet CAPTIV

  • Choix technologiques

  • Conception d’antennes et caractérisation du canal de propagation

  • Simulateur

  • Conclusions

Atelier Réseaux de capteurs


Captiv objectifs

CAPTIV : 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


Captiv solutions

Optimisation de l’énergie par bit utile transmis dans le réseau

Techniques de transmission coopératives et de traitement du signal

Architecture électronique faible énergie

Antennes

Expérimentations et mesures de canal

CAPTIV : solutions

Atelier Réseaux de capteurs


Verrous scientifiques et techniques

Verrous scientifiques et techniques

  • Composants électroniques et antennes optimisés en efficacité énergétique

    • Reconfiguration, faible énergie, veille, …

  • Communications coopératives

    • Réseau ad-hoc hétérogène (sans infrastructure)

      • Densité hétérogène des nœuds

      • Routage, gestion de l’énergie

    • Transmissions multi-antennes

Atelier Réseaux de capteurs


Partenaires

Partenaires

  • Laboratoires de recherche

  • Soutiens financiers et collectivités

  • Partenaires académiques

Atelier Réseaux de capteurs


Applications potentielles

Applications 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 vitesse

  • Services

    • Signalisation active

    • Parkings, transports en commun, …

  • Géolocalisation

Atelier Réseaux de capteurs


Reconnaissance de signalisation

Reconnaissance de signalisation

  • Restitution

    • Affichage sur tableau de bord

    • Synthèse vocale

  • Signalisation dynamique

    • Travaux

    • Bouchons

  • Atelier Réseaux de capteurs


    Exemple d application accidentologie en intersection

    Traversée / franchissement

    34%

    Tourne à gauche en insertion

    21%

    Tourne à gauche coupant le flux opposé

    12%

    Tourne à droite

    2%

    Collision frontale

    7%

    Collision arrière

    14%

    Autres

    10%

    Exemple d’application : accidentologie en intersection

    Données BAAC 2003 /

    ville et rase campagne confondues

    • Source : Page and Chauvel, 2004

    Atelier Réseaux de capteurs


    Olivier berder irisa enssat 6 rue de kerampont 22300 lannion t l 02 96 46 91 70

    Site expérimental : intersection de Goudelin, RD9/ RD67

    • 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

    Atelier Réseaux de capteurs


    D tection de contresens

    Détection 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


    Agenda1

    Agenda

    • Enjeux et objectifs du projet CAPTIV

    • Choix technologiques

    • Conception d’antennes et caractérisation du canal de propagation

    • Simulateur

    • Conclusions

    Atelier Réseaux de capteurs


    Cahier des charges

    Cahier des charges

    • 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

    • Disponibilité

    • Maturité industrielle

    • Facilité de développement

    • Licence d’utilisation

    • Encombrement physique

    Atelier Réseaux de capteurs


    Technologies disponibles

    Débit

    1 Gbit/s

    100Mbit/s

    10 Mbit/s

    10 Mbit/s

    1 Mbit/s

    100 kbit/s

    10 kbit/s

    802.15.3a UWB HR

    802.11.a/g/n

    Hyperlan

    802.16e

    WIMAX

    802.11.b

    WiFi

    802.15.1

    Bluetooth

    802.15.4a

    UWB LR

    DSRC

    RFID

    802.15.4

    ZigBee

    0 10m 100m Portée

    Technologies disponibles

    Atelier Réseaux de capteurs


    Caract risation du standard ieee 802 15 4 zigbee

    Caractérisation du standard IEEE 802.15.4/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


    Plate forme lectronique et radio

    Plate-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


    Communications coop ratives

    Système distribué à transmission coopérative

    Techniques « multi-antennes »

    entre nœuds du réseau

    Communications coopératives

    Atelier Réseaux de capteurs


    Technique mimo coop rative

    dm<<d

    dm = 1..10 m

    d

    Nr

    transmissionMIMO

    dm

    Nt

    Technique MIMO coopérative

    • Trois phases de communications MIMO coopératives

      • Phase 1: Echange de données local

      • Phase 2: Transmission MIMO coopérative

      • Phase 3: Réception coopérative

    S

    D

    Atelier Réseaux de capteurs


    Consommation nerg tique du mimo coop ratif

    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


    Agenda2

    Agenda

    • Objectifs du projet CAPTIV

    • Choix technologiques

    • Conception d’antennes et caractérisation du canal de propagation

    • Simulateur

    • Conclusions

    Atelier Réseaux de capteurs


    Olivier berder irisa enssat 6 rue de kerampont 22300 lannion t l 02 96 46 91 70

    Matériau transparent & conducteur

    • Application : antenne à 2,45 GHz

      • monocouche d’ITO (oxyde d’indium dopé à l’étain) matériau transparent et conducteur

    Film ITO (0,68 µm)

    sur verre Corning

    Détail gravure

    transparent :

    71% < %T < 88%

    conducteur :

    R = r/e = 11,1 /

    (F = 1 J/cm2)

    Atelier Réseaux de capteurs


    Olivier berder irisa enssat 6 rue de kerampont 22300 lannion t l 02 96 46 91 70

    1

    2

    Simulation : antenne monopole losange

    x’

    z’

    y’

    • Diagrammes de rayonnement à 2,45 GHz

    Accès 2

    Accès 1

    Alimentation via un coupleur 3dB/90°

    Accès 1

    Atelier Réseaux de capteurs


    Olivier berder irisa enssat 6 rue de kerampont 22300 lannion t l 02 96 46 91 70

    Antennes + coupleur

    • Réseau d’antennes monopole losange + coupleur

    Atelier Réseaux de capteurs


    Canal de propagation

    Canal 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 signalisation

    • Prototype 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

    Atelier Réseaux de capteurs


    R sultats de mesure

    Résultats de mesure

    Evanouissements non corrélés

     Utilisation de la diversité d’antennes

    Atelier Réseaux de capteurs


    Agenda3

    Agenda

    • Objectifs du projet CAPTIV

    • Choix technologiques

    • Conception d’antennes et caractérisation du canal de propagation

    • Simulateur

    • Conclusions

    Atelier Réseaux de capteurs


    Int r ts de l environnement de simulation

    Intérêts de l’environnement de simulation

    • Conception sans contraintes matérielles

    • Validation du code embarqué

    • Création 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


    Caract ristiques de l environnement de simulation

    Caractéristiques de l’environnement de simulation

    • Modèle de propagation radioélectrique

    • Co-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


    Conclusions

    Conclusions

    • Projet Captiv

      • avril 2006 - mars 2009

      • coûts additionnels (Région Bretagne, CG22)

    • Démonstrateur radio

      • Simple à déployer, faible coût, faible énergie

    • Intégration dans un simulateur de conduite

    • Performance des antennes et des transmissions coopératives

    Atelier Réseaux de capteurs


    Ihm du d monstrateur

    IHM du démonstrateur

    Atelier Réseaux de capteurs


    Perspectives

    Perspectives

    • Carrefours à équiper

      • Route du futur, vehipole

    • Fiabilisation du protocole de communication

    • Optimisation de l’efficacité énergétique

      • Conception d’antennes

      • Algorithmes multi-antennes

    • Ergonomie de l’IHM

    • Autres applications

    • Partenaires industriels

      • Appel à projets ANR (ex PREDIT)

    Atelier Réseaux de capteurs


    Partenaires1

    Partenaires

    • Laboratoires de recherche

    • Soutiens financiers et collectivités

    • Partenaires académiques

    Atelier Réseaux de capteurs


    Participants

    Participants

    • IETR

      • Ratiba Benzerga

      • Xavier Castel

      • Mohammed Himdi

      • Ghaïs El Zein

      • Yvan Kokar

      • Gheorge Zaharia

    • LRPC

      • Sophie Jégou

    • Vehipole

      • Philippe Cosquer

    • 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

    Atelier Réseaux de capteurs


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