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Méthodes de localisation logique

Dans le document The DART-Europe E-theses Portal (Page 27-30)

Chapitre 1 : Etat de l’art

1.3. La localisation dans les réseaux de capteurs sans fil

1.3.2. Méthodes de localisation logique

 AoA (Angle of Arrival) [24]. Dans cette méthode, chaque nœud capteur est doté de plusieurs antennes (ou d’une antenne sectorielle). Il ainsi est capable d’estimer l’angle d’arrivée du signal reçu. Cette information reçue par plusieurs nœuds voisins permettra d’appliquer une triangulation et d’obtenir une distance relative. L’inconvénient de cette méthode est le même que la précédente en terme de consommation d’énergie due à la présence de plusieurs antennes.

 Combinaison TDoA et AoA [25]. La solution proposée est une combinaison des deux approches TDoA et AoA, afin d’accroitre la précision de la localisation et de l’étendre à des environnements 3D. Cette solution consiste en une amélioration des techniques utilisées en 2D en y combinant l’exploitation du temps et des angles d’arrivée.

1.3.1.2. Trilatération par mesure de puissance du signal

Cette approche utilise le principe de l’atténuation progressive du signal au fur et à mesure de la distance parcourue [26]. La mesure de la puissance ou RSSI (Receive Signal Strength Indicator) du signal reçu par nœud permet d’estimer la distance entre les nœuds. La trilatération est ensuite utilisée par le nœud récepteur avec au moins trois nœuds de référence afin de déduire sa position. L’avantage de cette solution est son indépendance à la forte synchronisation des nœuds. Néanmoins, dans un environnement confiné et/ou fortement bruité, la mesure du RSSI est fortement perturbée. En effet, les obstacles de types murs, personnes ou objets métalliques altèrent considérablement le signal durant son parcours. De plus, les nœuds mobiles dans le réseau impliquent des imprécisions lors de l’estimation de la distance.

1.3.2. Méthodes de localisation logique

La localisation logique repose sur l’échange d’informations de voisinage entre les nœuds du réseau telles que les tables de routage ou la topologie du réseau. Plusieurs solutions sont proposées dans la littérature :

 Méthode des badges actifs [27]. Dans cette méthode, chaque nœud du réseau transmet périodiquement (chaque 10 secondes par exemple) des messages de type hello à destination de nœuds statiques appelés ancres (ou balises) placés à des endroits précis. Par exemple, dans un bâtiment, le rôle principal d’une ancre est de relayer les informations jusqu’au puits de données. La position du nœud sera associée à celle du nœud ancre qui a reçu le message hello en dernier.

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 Méthode des intersections des signaux [28]. Le même principe des nœuds ancres est repris dans cette approche. Chaque nœud capteur tient compte du nombre d’ancres à sa portée, de leur portée radio et de leur position afin d’estimer sa position dans une zone (voir figure 4).

Cette zone correspond à l’intersection des zones couvertes par les ancres qu’il reçoit. Par conséquent, il est nécessaire d’avoir un nombre important d’ancres à portée des nœuds pour augmenter la précision de la localisation.

Figure 4 : Localisation par intersection des signaux.

 Méthode de Monte-Carlo (MCL) [29]. Dans cette approche, la localisation est réalisée sous forme de filtrage des positions impossibles des nœuds dans le réseau en utilisant aussi le principe des nœuds ancres. La méthode Monte-Carlo calcule d’abord les distributions des positions possibles des nœuds et en fonction des positions précédentes. En fonction des positions précédentes des stations mobiles et des observations obtenues à l’aide des nœuds ancres déployés dans le réseau, l’algorithme filtre les positions impossibles.

 Méthode des coordonnées virtuelles [30]. En réutilisant le principe des ancres, les nœuds capteurs calculent leur distance par rapport aux ancres en nombre de sauts de proche en proche entre ce nœud et les ancres. En appliquant une telle démarche, le routage de paquet devient possible en suivant le système des coordonnées déduites. Dans l’exemple de la figure 5, le nœud calcule sa distance par rapport à trois nœuds ancres : 1 saut pour le premier, 3 sauts pour le second et 2 sauts pour le dernier ancre.

28 Figure 5 : Localisation par coordonnées virtuelles.

Une autre approche de localisation basée sur le traitement du s ignal reçu et dédiée au départ aux réseaux GSM et le Wifi, est la technique fingerprint [31], [32]. Cette méthode est composée de deux phases : durant la première phase, les caractéristiques des signaux reçus par le mobile sont enregistrées à des positions connues, ce qui revient à établir une carte radio de la zone de couverture. Pendant la seconde phase, appelée aussi phase d’exploitation, le mobile effectue une comparaison entre ses caractéristiques et celles enregistrées dans une ou plusieurs bases de données. La position attribuée au mobile sera la plus similaire des mesures enregistrées dans la base de données, ceci en tenant compte de la position précédente de ce modèle.

Parmi les solutions de localisation pour les réseaux de capteurs sans fil où le système GPS est inutilisable, nous citons les travaux décrits dans [33] qui propose une nouvelle approche basée sur le nombre d’ancres des nœuds à localiser. Deux classes de nœuds sont définies dans cet algorithme. Les nœuds dits normaux de la première classe possédant moins de trois ancres parmi ses voisins alors que les nœuds normaux de la seconde classe ayant au moins trois ancres parmi ses voisins. L’algorithme est applicable par la suite pour les deux classes de nœuds comme suit :

Méthode Checkout DV-hop pour la première classe de nœuds : Le principe de base de cette méthode est de calculer la distance approximative entre un nœud de type normal et chaque ancre en multipliant le nombre de sauts minimum par la distance moyenne par saut.

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Méthode Mid-Perpendicular pour les nœuds de la seconde classe : Le fonctionnement de l’algorithme pour la seconde classe de nœuds se base sur la zone de recouvrement (portée) des nœuds ancres et la position de nœud à localiser est estimée à l’intersection des bissectrices des zones de recouvrement.

L’inconvénient majeur des méthodes logiques est qu’elles n’aboutissent pas à une localisation très précise. Cependant, ces méthodes de localisation des capteurs ont l’avantage d’être un bon compromis pour une grande partie des applications finales visées. Dans le chapitre 3 nous présenterons notre mécanisme de routage qui inclut une approche de localisation d’entités mobiles a posteriori. Cette méthode est basée sur la mise en place de nœuds fixes (appelés ici balises qui sont la signature d’une position) et sur l’échange d’informations de localisation. Une des applications visées dans notre domaine d’étude est la localisation en milieux confinés.

1.7. Les couches basses des réseaux de capteurs sans fil

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