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Implémentation d'un système de localisation d'intérieur basé sur les radios logicielles

El Ouni, Naceur Amine (2014). Implémentation d'un système de localisation d'intérieur basé sur les radios logicielles. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les systèmes de localisation sont de plus en plus considérés comme étant une partie intégrante des réseaux locaux sans fils ou WLAN. On constate, de nos jours, la complémentarité de ce domaine de recherche avec celui des radios intelligentes dites cognitives. Dans cette optique, les applications des théories et des concepts de positionnement sont multiples par contre leurs implémentations et intégrations sont moindre. Durant ce projet, les travaux de recherche accomplie concernent l’identification des méthodes de radios cognitives. De plus on y aborde les techniques de positionnement d'un ensemble de radios, la conception, l’implémentation et le test sur une plateforme de radios définis par logiciel.

L'approche adoptée pour ce projet se résume comme suit: les caractéristiques générales de la localisation d’intérieur sont étudiées, les systèmes et plateformes existants déployés à cet effet sont scrutés et examinés. Étant donnée un ensemble de métriques de performances, les travaux sont entamés à partir de projets déjà réalisés sur les radios définies par logiciel. Ainsi, on met à jour une solution de localisation d’intérieur conforme au protocole de réseau local sans fil 802.11b déjà implémentée sur les anciennes versions de radios USRP. La compatibilité avec les dernières librairies de traitement de signal GNU Radio est réalisée. Ensuite, on implémente un ensemble de techniques d’amélioration des estimés de délais temporels pour diminuer au plus l’erreur de localisation. On démontre, après, qu’il n’est pas possible d’atteindre une précision de localisation d’intérieur acceptable en se basant sur les estimés de délais temporels via le mécanisme d’horodatage logiciel. Ceci dit, une alternative d’horodatage au sein du FPGA est conçue. On montre que la détection d’un instant connu du signal reçu par la corrélation de ce dernier avec le modèle décrit par 802.11b permet d’atteindre une résolution de 10 ns. Par la suite, on intègre au système une nouvelle méthode d’estimation de la puissance de signal reçu. En effet, on réalise une précision moyenne de 5 mètres et on propose un modèle dynamique de dériver les distances à partir des puissances observées. Cette dernière est une première approche radio logicielle pour la localisation d’intérieur utilisant les RSS.

Titre traduit

Implementation of an indoor localization system based on software defined radios

Résumé traduit

Positioning systems are increasingly considered as an essential part of WLANs. One remarks nowadays the complementarity of this research topic along with the cognitive radios. In this context, applications of theories and concepts of positioning are numerous. In contrast, their implementations and integrations are less undertaken. During this project, the activities carried out involved the identification and design of multiple techniques of indoor localization as well as their implementation and testing on a set of software defined radios.

The approach taken during this project is structured as follows: general characteristics of indoor positioning are studied and existing systems and platforms deployed for this purpose are scrutinized. Given a certain set of metrics of performance, we have completed previous work. Thus, an existent solution of indoor localization complying with WLAN 802.11b and implemented on obsolete former versions of USRP software defined radios is upgraded. Compatibility with the latest versions of GNU Radio libraries is achieved. Furthermore, new techniques to improve the estimated time delays and further reduce the error on the location estimate are implemented and tested. After, we show that, using a mechanism of software time stamping, it is not possible to achieve acceptable indoor localization accuracy. A technique of time stamping within the FPGA is designed. We show that the detection of a known instant of the received signal by the correlation with the model described by 802.11b achieves a resolution of 10ns. Moreover, we integrate a new method of enhancing the RSS estimate. In fact, an average accuracy of 5 meters is carried out. Thereafter we propose the use of a dynamic model to derive distances from the proposed powers observed. This method is a novel SDR approach for indoor localization based on RSS.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie, concentration réseaux de télécommunications". Bibliographie : pages 143-149.
Mots-clés libres: Systèmes de géolocalisation en intérieur. Radio logicielle. Radio cognitive. IEEE 802.11 (Norme) Performance des réseaux (Télécommunications) radio définie par logiciel, localisation d’intérieur, 802.11b, GNU radio, Trilatération, TDoA, RSS
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Gagnon, François
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Kouki, Ammar
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 31 oct. 2016 14:14
Dernière modification: 13 avr. 2017 17:50
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1740

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