Récupérer l’information : les réseaux de capteurs
description
Transcript of Récupérer l’information : les réseaux de capteurs
Institut Mines-Télécom
Récupérer l’information : les réseaux de capteurs
Laurent ClavierTELECOM LilleIEMN / IRCICA
Institut Mines-Télécom
Agenda
1. Le problème et la méthode2. Le cas des pingouins3. Les challenges4. Conclusion / Perspectives
Institut Mines-Télécom
Agenda
Les réseaux de capteurs
04/24/233/30
1. Le problème et la méthode2. Le cas des pingouins3. Les challenges4. Conclusion / Perspectives
Institut Mines-Télécom
Cernons le problème…
Un environnement
Les réseaux de capteurs
04/24/234/30
Institut Mines-Télécom
Cernons le problème…
Qu’on « instrumente »
Les réseaux de capteurs
04/24/235/30
Institut Mines-Télécom
Cernons le problème…
Les nœuds communiquent et rapatrient l’information…
Les réseaux de capteurs
04/24/236/30
Institut Mines-Télécom
Quels problèmes ?Surveillance de sites
Stationnement
Ville intelligente
BAN
Et tellement d’autres…
Les réseaux de capteurs
04/24/237/30
Institut Mines-Télécom
Comment l’aborder ?Approche générique
De la théorie aux expériences• Peut-on trouver des solutions universelles ?• Comment gérer l’adaptabilité ?• Peut-on faire évoluer les fonctionnalités des nœuds ?• Quelles puissances de traitement ? Distribué ou centralisé ?
Autant de questions auxquelles il est difficile d’apporter des réponses globales.
Les solutions n’abordent qu’une partie des contraintes de durée de vie (énergie !), de connectivité, de programmation efficace des nœuds, …
Approche par l’application
On établit le cahier des charges• Mobilité ou non• Contraintes énergétiques, durée de vie• Contrainte de taille• Nombre de nœuds• Densité, étendue géographique• Nature des informations, quantité et fréquence des remontées ?
Et on trouve la solution
Les réseaux de capteurs
04/24/238/30
Institut Mines-Télécom
Comment l’aborder ?Approche générique
Les moinsOui mais pourquoi vous faites çà ?La recherche en TELECOM a-t-elle un avenir hors de l’application ?Peut-on réellement être générique ?
Les plusCompréhension plus fondamentale des problématiques.Possibilité d’une vision en rupture / à long terme
Approche par l’application
Les moinsNiches ? Où est l’intérêt économique ? Comment faire financer ?
ouTout le monde le fait déjà.Le nez dans le guidon
Les plusRéponse claire à un besoin.Solutions que l’on met en œuvre avec un impact socio/économique.
Les réseaux de capteurs, le M2M, l’IoT peuvent-ils réellement être simplement la juxtaposition d’applications et d’un grand Cloud ?
Les réseaux de capteurs
04/24/239/30
Institut Mines-Télécom
(Très) bref historiqueQuelques dates clefs1967 REMBASS – Remotely Monitored Battlefield Sensor System1969 Igloo White
…. Les premiers projets se développent (ex: 1994 Low power Wireless Integrated Microsensors UCLA)
1994 Smart DUST, UCB, Kris Pister…. Demos, premières entreprises, premiers standards
2006 Zigbee standards (2ème version)…. Standards, développements industriels, passage à grande échelle, IEEE 802.15.4 se développe…
Emprunté à Mischa Dohler, Jesùs Alonzo-Zaràte, CTTC, BarceloneLes réseaux de capteurs
04/24/2310/30
Institut Mines-Télécom
Agenda
1. Le problème et la méthode2. Le cas des pingouins3. Les challenges4. Conclusion / Perspectives
Les réseaux de capteurs
04/24/2311/30
Institut Mines-Télécom
Par l’application – le cas des pingouins…
Suivre / surveiller / étudier les pingouins
Les réseaux de capteurs
04/24/2312/30
Institut Mines-Télécom
Par l’application – instrumentés…
Réseau denseInterférenceRoutageMultisautCoopération
Les réseaux de capteurs
04/24/2313/30
Institut Mines-Télécom
Par l’application – mais ils vont à la chasse
Nouvelle topologie de réseauÉloignement du puitsMultisaut
Les réseaux de capteurs
04/24/2314/30
Institut Mines-Télécom
Par l’application – réseau peu dense
Réseau peu denseLiens directs (plus longs)
Les réseaux de capteurs
04/24/2315/30
Institut Mines-Télécom
Par l’application – et pingouins isolés
Plus d’accès au réseauOn se contente de stocker (veille, réveil des nœuds)
Si l’un ne revient pas on perd toutes ses données ? Communication nœud à nœud (comment ?)
Les réseaux de capteurs
04/24/2316/30
Institut Mines-Télécom
Conclusion de ce cas particulierGrand nombre de topologies de réseaux rencontréesQuantité de données à transmettre et temps pour les transmettre grandement variableDurée de vie des nœuds de plusieurs années (énergie)
ÉnergieVeille / réveil / hardware / software embarqué
Adaptabilité à l’environnementCouche PHY / Couche MAC / Routage / software
RobustesseCar si les nœuds ne remplissent pas leur fonction, tout çà ne sert à rien
… et je ne parle pas des contraintes d’intégration / de longévité / de robustesse des produits (froid, humidité, résistance aux frottements, poids pour ne pas pénaliser l’animal…)
Les réseaux de capteurs
04/24/2317/30
Institut Mines-Télécom
Agenda
1. Le problème et la méthode2. Le cas des pingouins3. Les challenges4. Conclusion / Perspectives
Les réseaux de capteurs
04/24/2318/30
Institut Mines-Télécom
Challenges
PetitTrès petit Très grandGrand
Communications très basse consommation et sans fin
Récupérer (énergie/information) … stocker … communiquer
Les réseaux de capteurs
04/24/2319/30
Institut Mines-Télécom
Challenges Le nœud
Énergies renouvelables, circuits.Packaging, miniaturisation
Analogique/numérique
NanotechnologiesIntégrationsComposants
Récupération Stockage
100nm
Mém
oire
Énergie
Capteur
Traite-ments
Trans-mission
Les réseaux de capteurs
04/24/2320/30
Institut Mines-Télécom
ChallengesM
émoi
re
Énergie
Capteur
Traite-ments
Trans-mission
Le nœud
Mém
oire
Énergie
Capteur
Traite-ments
Trans-mission
C. Berrou, A. Glavieux (1993)
On sait faire !
Le lienTransmission point à point
Les réseaux de capteurs
04/24/2321/30
Institut Mines-Télécom
Challenges
Interférence
Un (petit) réseau
Communications coopératives
On ne sait plus trop faire !
Le lien (2)Interférence - Coopération
Les réseaux de capteurs
04/24/2322/30
Institut Mines-Télécom
Challenges
On ne sait plus bien faire faire !
Le système (le réseau)MAC
Modélisation de l’environnementRoutage - Sécurité
Les réseaux de capteurs
04/24/2323/30
Institut Mines-Télécom
ChallengesVraiment plus
On ne sait plus du tout faire faire !
Le milieuEnsemble de réseaux (hétérogénéité)Interférences – Réseaux ‘intelligence
Vue macroscopique
Les réseaux de capteurs
04/24/2324/30
Institut Mines-Télécom
Simulation de l’environment – Modèles impulsifs (-stable)
DSP RFCapteurs
Énergie
Mémoire
Mesure de la consommation temps réel et par instruction
Récupération d’énergie, stockage
Traitement du signal, MAC
Front-ends RF
Déploiement large échelle
Fiabilité (canal, interférence, coopération)
Nous : théorie et environnement expérimental
Les réseaux de capteurs
04/24/2325/30
Institut Mines-Télécom
Simulation de l’environment – Modèles impulsifs (-stable)
DSP RFCapteurs
Énergie
Mémoire
Mesure de la consommation temps réel et par instruction
Récupération d’énergie, stockage
Traitement du signal, MAC
Front-ends RF
Déploiement large échelle
Fiabilité (canal, interférence, coopération)
RécupérationBatteries
Super-capas(nano technologies)
Modélisation du canal ULB,Modélisation de l’interférence
Processus alpha-stable
MAC
Règles de décisionsRécepteurs « universel »
Circuits ultra basse consommation60 GHZ, 140 GHz
Gestion des sources d’énergie
Nous : théorie et environnement expérimental
Les réseaux de capteurs
04/24/2326/30
Institut Mines-Télécom
Agenda
1. Le problème et la méthode2. Le cas des pingouins3. Les challenges4. Conclusion / Perspectives
Les réseaux de capteurs
04/24/2327/30
Institut Mines-Télécom
Conclusion et perspectives
Les réseaux de capteurs existent et des solutions commerciales sont disponibles.
MAIS
Nombreux challenges ne sont pas résolus que l’on peut résumer en deux termes :- Énergie
- Adaptabilité
Les solutions DOIVENT être globales (de la batterie au réseau).Les projets interdisciplinaires.
(mais générique ou tournés vers des applications spécifiques ? Les deux seraient bien…)
Les réseaux de capteurs
04/24/2328/30
Institut Mines-Télécom
Challenges
EnvironnementPersonnesPRENDRE
Pollution (ondes, produits toxiques…)
METTRE
INTERAGIR
Processus de fabrication.Capteurs communicant intégrésÉnergie
Information
Apprendre Échanger Enseigner
CapteursRécupération d’énergie
Stockage
Communications très basse consommation et
sans fin
Les réseaux de capteurs
04/24/2329/30
Institut Mines-Télécom
Merci de votre attention
Les réseaux de capteurs
04/24/2330/30
Institut Mines-Télécom
Time
Am
plitu
de
Interference
Time
Am
plitu
de
Thermal noise
Statistical models
Radio channel Multiple access interference
We need to be able to represent highly variable events.Our proposed solution are based on a-stable distributions.
0
3
6Channel impulse response
Time
Am
plitu
de
Usual properties (WSSUS) not verified in UWB, 60 GHz channel
Rare but strong events are the ones that are important (impulsive noises)
Azzaoui N., Clavier L., IEEE Trans. Comm., May 2010El Ghannudi H. et al., IEEE Trans. Commun., June 2010
Modeling channel and interference
Institut Mines-Télécom
Modify the decoding strategy (decision, Turbo-codes, LDPC)
2 3 4
10-5
10-3
10-1
1/
=0.8 case (very impulsive situation)
p=0.4p=0.6p=2.0Huber
BER
Impact on multi-hops and cooperation
0 10 20 30
=3, relay=5, receiver=100,
Eb/N0
10-4
10-3
10-2
10-1
BER
Single hop
conventional
Optimal
2 hops
Reduce the energy necessary for communication in sensor networks. Cooperation / Channel coding
Signal processing, a solution to:
Wei Gu et al. IEEE Com. Letters, Feb. 2012. Jiejia Chen et al., Electronics Letters, Aug. 2010.
Modeling channel and interference