Prir captiv rapport final

7.2.Résultats de mesures

Nous allons présenter ci-dessous quelques résultats de mesures pour les différents scénarii détaillés ci-dessus.

Le seuil de sensibilité des récepteurs à 2,4 GHz est de l’ordre de -90 dBm. Afin de savoir à quel moment la liaison radio avait de forte chance d’être interrompue, nous avons représenté ce seuil sur les courbes ci-dessous. Cependant, la consommation d’un module devant être minime, la puissance d’émission doit être limitée à 0 dBm, ce qui n’est pas le cas de nos mesures où une puissance de 10 dBm est utilisée. Pour cela nous avons remonté le seuil de sensibilité à -80 dBm.

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  1^er scénario :
  

Ce scénario présente le cas le plus favorable ; les réseaux d’antennes utilisés ont en effet un gain important (8,4 dB à l’émission et 9,8 dB à la réception).

Nous pouvons voir que dans ce cas, la liaison radio n’est jamais interrompue pour une distance émetteur-récepteur inférieure à 200 m. Nous pouvons également noté que la liaison dispose de plus de 10 dB de marge pour une distance inférieure à 100 m.

Figure 7.1 : Résultats de mesure du scénario 1 avec le récepteur du côté droit de la route



Figure 7.15 : Résultats de mesure du scénario 1 avec le récepteur du côté gauche de la route

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  2^ème scénario :
  

Dans ce scénario, nous avons voulu vérifier l’apport du réseau d’antennes à la réception en le remplaçant par une antenne omnidirectionnelle ayant sensiblement le même gain.

Nous pouvons observer que les résultats sont aussi bons voire meilleurs que dans le scénario 1 ce qui ne devrait normalement pas être le cas car nous utilisons dans ce scénario une antenne omnidirectionnelle. Ceci peut s’expliquer par un mauvais pointage du réseau d’antennes à la réception lors de la préparation du scénario 1.

Cependant, montrer que le système équipé d’antenne omnidirectionnelle à la réception permet d’établir une liaison fiable jusqu’à 200 m représente un résultat important.

En effet, les panneaux de signalisation devant être amenés à communiquer ensemble, il serait préférable qu’ils puissent rayonner dans toutes les directions, donc être équipés d’antenne omnidirectionnelle.

Figure 7.3 : Résultats de mesure du scénario 2 avec le récepteur du côté droit de la route

Figure 3.16 : Résultats de mesure du scénario 2 avec le récepteur du côté gauche de la route

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  3^ème scénario :
  

Dans ce scénario nous avons voulu vérifier le fonctionnement de la communication en utilisant une antenne transparente sur le véhicule émetteur.

Comme nous pouvons l’observer sur les deux courbes, la liaison est difficilement établie, même pour une distance inférieure à 50 m.

Cela peut s’expliquer par le fait que l’antenne transparente a un gain inférieur de 8 dB par rapport au gain des réseaux d’antennes utilisés dans les scénarii précédents, mais aussi par le fait qu’un seul lobe de l’antenne était dirigé vers le panneau, gaspillant ainsi la moitié de l’énergie transmise.

De plus, l’antenne transparente étant réalisée sur substrat de verre, la connectique de celle-ci n’était pas optimale, pouvant engendrer une perte de puissance.



Figure 7.4 : Résultats de mesure du scénario 3 avec le récepteur du côté droit de la route


Figure 7.5 : Résultats de mesure du scénario 3 avec le récepteur du côté gauche de la route

7.3.Bilan et perspectives

7.3.1.Bilan

Durant cette dernière année de projet, nous avons donc dans un premier temps modifié le système de mesure existant afin qu’il se rapproche le plus possible d’un cas d’utilisation réel, notamment en remplaçant le véhicule utilisé pour les mesures.

Ce système nous a ensuite permis de vérifier qu’il était possible d’obtenir une liaison radio-mobile fiable pour une distance allant jusqu’à 200 m, en exploitant notamment la diversité d’antennes à l’émission (objet en mouvement).

7.3.2.Perspectives

A l’issue des travaux menés dans le cadre de ce projet, plusieurs voies restent encore à explorer et conduisent à des perspectives que nous allons présenter.

Au cours des prochains mois, dans toute l'Europe, les autorités nationales attribueront aux applications de sécurité routière 30 MHz de spectre dans la bande des 5,9 GHz par l’intermédiaire de la norme IEEE 802.11p non encore validée à ce jour. Un axe d’étude consisterait donc à mener une étude comparative de performances entre la norme IEEE 803.15.4 (étudiée au cours de ce projet) et la norme IEEE 802.11p.

Par ailleurs, les antennes transparentes et composites (pouvant être intégrées dans les pare-chocs ou rétroviseurs) possédant des performances identiques aux antennes patch étant en cours de réalisation, il serait intéressant d’effectuer des campagnes de mesures en utilisant ces antennes.

Enfin, le système de mesure peut toujours être amélioré. On peut notamment envisager un échantillonnage plus rapide des signaux reçus, afin de mieux analyser l’évolution des évanouissements à petite échelle (profondeur, durée, …).

8.Démonstrateurs

8.1.Réalisations matérielles

8.1.1.Démonstrateur Télécom Bretagne

Pour compléter les premières évaluations de la plate-forme ZigBee et l’adéquation de ce système de communication au projet CAPTIV, TELECOM Bretagne a réalisé un premier démonstrateur intégrant un certain nombre de points du projet. Cette démarche permet de réfléchir concrètement aux problèmes posés, et de tester les solutions proposées par ZigBee.

Le démonstrateur mis en place propose les fonctionnalités suivantes :

Une application Panneau, permettant de paramétrer des panneaux en fixant leur type et le cap pour lequel il doivent être perçus.

Une application Véhicule, permettant de détecter, d’identifier et de traiter les panneaux rencontrés. Cette application permet également de détecter et de transmettre un signal d’alerte généré par un véhicule situé à proximité.

Mise en œuvre

Les applications embarquées sont chargées à l’aide du chargeur-débogueur, et mémorisées dans la mémoire flash des cartes d’évaluation. La liaison USB des modules a été programmée, autorisant ainsi la configuration et l’interrogation des dispositifs à l’aide d’un PC.

L’application PC gérant la configuration des panneaux est développée sous Labview, et reçoit l’information de cap d’un compas numérique (F350-Compass-RD) via une liaison USB. L’opérateur choisit le type du panneau à programmer dans une base de données, lui associe le cap courant, et construit ainsi l’identifiant du panneau qui se comportera en coordinateur. Une fois configuré, le module Panneau peut être déconnecté du PC et est prêt à fonctionner.

L’application PC Véhicule propose une interface homme machine de type Labview, elle reçoit les informations du module Véhicule. Ce dernier effectue des recherches de réseaux en permanence. Quand un réseau est découvert, son identifiant est transféré au PC qui peut ainsi le décoder et le traiter. Seuls les panneaux correspondant au cap du véhicule sont retenus. S’il s’agit d’un panneau de limitation de vitesse, il est affiché et mémorisé jusqu’à l’apparition d’un nouveau panneau de limitation ou de fin de limitation. Sinon le panneau détecté est affiché jusqu’au moment où il ne sera plus détecté. Suite à la détection de panneaux spéciaux, le module Véhicule établit la connexion et reçoit des données complémentaires qu’il transmet au PC. Le module Véhicule peut également générer ou recevoir des signaux d’alerte, ceux-ci sont alors retransmis aux autres véhicules, et affichés sur le PC. La figure 7.1 représente le dispositif lors d’une mise en œuvre sur le terrain. Une limitation de vitesse à 70 km/h a été mémorisée et le panneau virage dangereux vient d’apparaître sur l’écran.

Retour d’expérience

Ce démonstrateur a été mis en œuvre au Véhipôle de Ploufragan au mois de décembre dernier lors d’une réunion technique regroupant les différents partenaires du projet. Pour obtenir une configuration réaliste d’un carrefour, dix modules sont activés, neuf avec l’application Panneau, et le dernier avec l’application Véhicule. La démonstration a fonctionné correctement sur table, validant ainsi la charge correspondant à celle d’un carrefour standard. Par contre, le détecteur de cap a été perturbé par l’environnement du véhicule et n’a pu fournir de données correctes. La démonstration en mobilité n’a donc pu être menée à bien. La détection de cap peut être assurée par un récepteur GPS. Ce dispositif fonctionne correctement à l’intérieur des véhicules et de plus fournit des informations de position et de vitesse qui peuvent être mises à profit dans le cadre de notre projet.

Ce démonstrateur doit donc être modifié pour intégrer un GPS dans sa partie mobile, le détecteur de cap restant utile pour la configuration des panneaux. Le démonstrateur pourra également intégrer de nouvelles fonctionnalités, telle que la gestion de carrefours accidentogènes.


Fig 7.1 : Détecteur de panneaux ZigBee

8.1.2.Démonstrateur IRISA

Le démonstrateur IRISA se base sur le protocole Pow-Wow (POWer optimized hardware/Software frameWOrk for Wireless motes) développé par l’équipe IRISA-CAIRN. La première version développée se composait de deux modules radio SoftBaugh DZ1612, d’un module GPS BU-353 et d’un PC disposant d’un port série et d’un port USB.

Figure 7.2 : Kit SoftBaugh DZ1612 Figure 7.3 : GPS BU-353
Sur le plan logiciel, les modules Softbaugh disposent de la pile protocolaire Pow-Wow et de l’applicatif CAPTIV. Pour pouvoir utiliser le GPS, il faut installer sur le PC le driver correspondant et logiciel Franson’s GPSGate et le configurer pour retransmettre les données du GPS sur le port COM2 virtuel.

Figure 7.4 : Interface PC-CAPTIV

Fonctionnement du démonstrateur

A la mise sous tension du module « BASE », sur le panneau, celui-ci émet toutes les 2 secondes (valeur réglable) une trame de réveil et attend une réponse. Lorsque le module « NŒUD » sur le véhicule reçoit cette trame de réveil, il répond en interrogeant le panneau sur la configuration du carrefour. Cette configuration est un tableau contenant les panneaux présents dans le réseau et leur direction respective. Une fois la configuration reçue, elle est transmise au PC via le port série. Le logiciel du PC lit les informations sur le port série, il discrimine ces informations par rapport au cap qu’il a reçu du GPS (le cap du véhicule) et affiche les panneaux qui concernent notre véhicule.

BASE

RADIO

RS232

NOEUD

Figure 7.5 : Démonstrateur complet

Fonctionnement du logiciel

Le logiciel a deux environnements de fonctionnement. Tout d’abord l’environnement « LABO », dans lequel le logiciel ne consulte pas le GPS (celui-ci peut être déconnecté, et Franson’s GPSGate désactivé), mais les modules doivent être activés et reliés au port COM1. Le cap discriminant est entré dans le champ prévu par l’utilisateur. Cet environnement n’est destiné qu’au développement, le GPS ne pouvant pas toujours se connecter à des satellites en intérieur. Le cap à entrer est un nombre compris entre 0 et 15 correspondant à la zone définie sur une rose des vents.

Figure 7.6 : Démonstrateur en mode LABO

Dans le mode VOITURE, Franson’s GPSGate doit être activé et configuré pour retransmettre sur le port virtuel COM2 des données GPS (simulateur, ou module GPS BU-353). Il n’y a alors plus besoin de remplir le champ « Cap », le logiciel prenant le cap donné par le GPS et discriminant les panneaux avec celui-ci. Le cap donné par le GPS est calculé par deux mesures successives de la position avec une précision de

2°. Ce mode est destiné aux démonstrations embarquées, le module GPS BU-353 étant étanche et aimanté.

Figure 7.7 : Démonstrateur en mode VOITURE

Version finale

Après l’affichage de la signalisation par anticipation, il nous restait à paramétrer le démonstrateur pour pouvoir interagir avec n’importe quel véhicule. Le protocole Pow-Wow dispose de mécanismes de diffusion à tous les nœuds du réseau (arrivée d’un véhicule sur la voie principale, ou arrêt d’un véhicule) et d’inclusion d’un nouveau nœud fixe (panneau provisoire en cas de travaux). Le problème des collisions des messages radio doit aussi être traité et surtout testé et validé avec un grand soin. La version finale du démonstrateur, tout au moins dans le cadre du projet CAPTIV, propose donc un interface homme-machine intégrant cette notion de véhicule en approche, en indiquant de plus de quelle direction provient le véhicule. De plus, si le véhicule en question est de type prioritaire, telle une ambulance ou un véhicule de pompiers, cette caractéristique est indiquée sur l’IHM par un gyrophare, ce qui permet au conducteur de prendre les mesures qui s’imposent. Ce nouvel IHM, proposé sur la figure 7.8, affiche également une cartographie de type GPS, ce qui montre la complémentarité du système CAPTIV avec ce type d’équipement.

Figure 7.8 : Interface Homme-Machine finale

Au niveau matériel, les nœuds ont également évolué, puisque nous sommes passés de la carte de développement présentée ci-dessus à des modules beaucoup plus compacts et facilement interfaçables avec une alimentation par panneaux photovoltaïques. Ces nouveaux modules, spécifiquement développés par l’IRISA, sont destinés aux applications faible consommation et permettent une optimisation énergétique importante (figure 7.9).

Figure 7.9 : Nouveaux modules IRISA