Etude d'une solution de localisation dans un réseau de capteurs sans fils

par Florian Barrau

Thèse de doctorat en Microélectronique et nanoélectronique

Sous la direction de Didier Goguenheim et de Edith Kussener.

Le président du jury était Pascal Nouet.

Les rapporteurs étaient Alain Loussert, Michel Auguin.


  • Résumé

    Le repérage (localisation topologique) des capteurs dans un réseau sans fil ouvre la porte à de nombreuses applications. Les techniques actuelles basées sur la puissance du signal reçu restent peu fiable compte-tenu de la stabilité des mesures dans le circuit. Des techniques plus précises inspirées des radars ont été proposées mais cela nécessite un type de radio adaptée qui s'avère trop couteuse, autant en termes d'implémentation qu'en termes de consommation électrique. Cependant, une des difficultés majeure de l'adaptation de ces techniques de localisation aux réseaux de capteurs sans fil reste leur inadéquation avec leur faible coût de réalisation et la faible consommation électrique requise pour ces dispositifs autonomes. En particulier, les étages radio et de génération d'horloge des modems ZigBee introduisent une grande incertitude sur la fiabilité des mesures. Les algorithmes digitaux très complexes demandent à être tout particulièrement étudiés et améliorés afin de ne pas dépasser un budget de consommation extrêmement réduit tout en tentant d'atteindre une complexité d'implémentation aussi faible que possible.Les travaux de cette thèse se concentrent sur 2 principaux objectifs: l'élaboration d'un circuit digital étant capable de calculer de temps d'arrivée en temps réel, et l'élaboration de prototypes permettant le positionnement d'un noeud. La principale contrainte, est l'utilisation d'un seul canal ZigBee de la norme 802.15.4. Ce travail a permi d'appréhender les problèmes liés à la mesure de distance et envisager l'adaptation de ces techniques aux contraintes spécifiques des réseaux de capteurs sans fil et du type de radio utilisée.

  • Titre traduit

    Study of a localization solution in a wireless sensor network


  • Résumé

    Tracking sensors in a wireless network leads to many applications. However, current techniques based on the received signal strength are unreliable given the stability of measurements. More accurate techniques inspired from radars have been proposed but they require an expensive radio. However, one of the most difficult aspects regarding the localization in a wireless sensor network remains their inadequacy with their low-cost and low-power characteristics. For example, clock generation of ZigBee modems introduce strong uncertainties regarding the reliability of measurements. Demanding digital algorithms must be carefully studied and improved in order not to exceed requirements defined by industrials. In other words, the purpose is to design an implementation as cheap as possible while keeping a minimum accuracy. The work of this thesis focuses on two main objectives: the development of a digital circuit capable of calculating time of arrivals, and the development of prototypes for a future positioning feature. The main constraint is the use of a single channel from the ZigBee 802.15.4 standard. This work enabled to understand issues regarding the distance measurements and adapt them given wireless sensor network constraints.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XVI - 175 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 169-175

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