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

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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
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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

slide11

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

slide22

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

slide23

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

slide24

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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