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

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


AgendaAgenda

Enjeux et objectifs du projet CAPTIVChoix technologiquesConception d’antennes et caractérisation du

canal de propagationSimulateurConclusions


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…)


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


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


PartenairesPartenaires Laboratoires de recherche

Soutiens financiers et collectivités

Partenaires académiques


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…


Reconnaissance de signalisationReconnaissance de signalisation

Restitution– Affichage sur tableau de bord– Synthèse vocale

Signalisation dynamique– Travaux– Bouchons


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


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


Détection de contresensDétection de contresens

Estimation de direction– Détection de l’anomalie– Avertissement aux voitures proches– Propagation de l’information vers un central

contresens


AgendaAgenda

Enjeux et objectifs du projet CAPTIVChoix technologiquesConception d’antennes et caractérisation du



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


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


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


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


Techniques « multi-antennes »entre nœuds du réseau

Communications coopérativesCommunications coopératives

Système distribué à transmission coopérative


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


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]


AgendaAgenda

Objectifs du projet CAPTIVChoix technologiquesConception d’antennes et caractérisation du



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)


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


Antennes + coupleur

Réseau d’antennes monopole losange + coupleur


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°


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


AgendaAgenda

Objectifs du projet CAPTIVChoix technologiquesConception d’antennes et caractérisation du



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


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


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


IHM du démonstrateurIHM du démonstrateur


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)


PartenairesPartenaires

Laboratoires de recherche

Soutiens financiers et collectivités

Partenaires académiques


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

Documents

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