Géopositionnement dans les réseaux IoT

Type
Date
09-2121
Position
Poste de Doctorant - Offre de thèse H/F (Références : CS/DS/GEOLOC/082021)

Cette thèse de doctorat contribue initialement au projet français FUI GEOLOC, "Multi-Standard Geolocation for the Internet of Things",  https://www.pole-scs.org/en/projects/geoloc-3/  https://geoloc.univ-cotedazur.fr/?lang=fr

Contexte
Selon les opérateurs, une part importante des applications de l'Internet des Objets (IoT) nécessite la géolocalisation (gestion de flottes de véhicules, applications liées à la sécurité au sens large, …). La géolocalisation des objets connectés, dans les environnements extérieurs et intérieurs, et notamment sa précision à moindre coût (fabrication et consommation énergétique), est ainsi un enjeu majeur. Le projet GEOLOC propose d'étudier, de développer et d'expérimenter des techniques innovantes d'estimation de géolocalisation multicanal. Les standards qui seront utilisés sont à la fois les standards utilisant les bandes libres (LoRa, WiFi, Bluetooth low energy (WHEAT)) ainsi que les technologies cellulaires dérivées de la 4G/5G.

Objectifs
Le projet GEOLOC tente en particulier 

  • de combiner des informations issues des différents standards supportés par un objet (LoRa, LTE-M) mais aussi (WHEAT, Wifi, GPS), ainsi que divers capteurs (baromètre, accéléromètre) pour améliorer la précision de la géolocalisation (fusion d'informations) tout en maîtrisant la consommation
  • de manière complémentaire à l'objectif premier, d’améliorer les techniques existantes d'estimation de géolocalisation
  • d’utiliser les informations de géolocalisation pour améliorer l'efficacité des transmissions entre l'objet et l'infrastructure
  • de minimiser la consommation totale de l'infrastructure et des objets connectés

Sujets de recherche pour cette thèse
Une série initiale de sujets à explorer dans cette thèse comprend :

  • Les solutions GPS actuelles ne sont pas optimisées pour la géolocalisation IoT et souffrent principalement d'une consommation d'énergie élevée, d'une faible précision en milieu urbain et d'une couverture intérieure limitée. De nouveaux algorithmes ont été développés pour pallier à ces inconvénients. Avec l'aide des solutions de traitement du signal proposées, nous visons à fournir une acquisition de signal rapide et de haute précision à de faibles niveaux de signal en visibilité directe (par exemple, derrière des bâtiments ou à l'intérieur avec une puissance de signal 1 000 ou 10 000 fois plus faible que dans des emplacements extérieurs ouverts) ou en présence de réflexions de signaux en milieu urbain (multitrajets). D'autres améliorations et extensions de ces algorithmes doivent être explorées, par exemple en exploitant la réception multi-antennes.
  • Une des innovations envisagées concerne l’exploitation de signaux multi-bande (ou saut de fréquence ou multi-standard). La résolution ToA (Time of Arrival) est inversement proportionnelle à la largeur de bande du signal. Donc avec la faible largeur de bande des communications IoT, la précision de mesure des distances pose un problème. En multi-bande, si on reçoit en bandes [𝒇𝟏 ,𝒇𝟐] et [𝒇𝟑 ,𝒇𝟒] , alors la largeur de bande déterminant la résolution n’est pas (𝒇𝟐𝒇𝟏)+(𝒇𝟒𝒇𝟑) mais (𝒇𝟒𝒇𝟏) , qui peut être beaucoup plus large. L’exploitation de signaux multibande permet donc en principe une précision énorme correspondant à la situation fictive dans laquelle tout le spectre entre les bandes serait occupé aussi. Par contre, la conséquence de l’absence de [𝒇𝟐 ,𝒇𝟑] du spectre est que des ambiguïtés apparaissent (de multiples valeurs ToA étant cohérent avec les signaux). La détermination de ces ambiguïtés peut cependant être effectué en exploitant d’autres informations dans les signaux (par exemples les amplitudes du multi-trajet). Pour des signaux LTE Cat. M par exemple, avec des sauts de fréquence de signaux de largeur 1.25MHz dans une bande de 20MHz, un gain de précision de 16 est envisageable ! Cette approche multi-bande est encore largement inexplorée. La première référence est [A]. Il faut cependant remarquer que l’exploitation du gain potentiel énorme du multi-bande pour la géolocalisation nécessite d’abord une parfaite synchronisation des signaux dans les différentes bandes et la manière dont ce problème serait traité dans [A] n’est pas claire.
  • Le positionnement dans les systèmes sans fil (par exemple, Wi-Fi) est souvent basé sur l'échange d'informations RSSi (indicateur de force du signal reçu). Le RSSi est une mesure assez sensible et imprécise de l'atténuation induite par la distance. Nous aimerions poursuivre la séparation d'une réponse de canal en composants de propagation par trajets multiples afin de par ex. extraire de manière plus fiable (l'amplitude du) chemin direct de la ligne de visée (LoS) ou des trajets à rebond unique. À cette fin, le canal doit être exploré dans autant de dimensions que possible, y compris selon l'étalement du retard, l'étalement Doppler et éventuellement avec plusieurs antennes. Selon la configuration, le réseau d'antennes peut fonctionner en champ proche.

[A] D. Vasisht, S. Kumar, and D. Katabi, “Decimeter-Level Localization with a Single WiFi Access Point”, 13th USENIX Symp. on Networked Systems Design and Implementation (NSDI), March 2016, Santa Clara, CA, USA

Prérequis

  • Niveau académique/diplôme : Master
  • Domaine/spécialité : Génie électrique
  • Profile : de solides bases en mathématiques appliquées et en traitement du signal ainsi que d'excellentes compétences en programmation (Matlab). Une expérience antérieure dans le domaine du traitement statistique du signal, éventuellement appliquée aux communications radio sans fil, constituera également un atout non négligeable. La langue anglaise et les compétences générales en communication constituent également un plus.

Dossier de candidature
Les candidatures doivent être accompagnées de :

  • Curriculum Vitae détaillé,
  • Liste des publications éventuelles,
  • Document de deux pages présentant les perspectives de recherches et d’enseignement du candidat,
  • Noms et adresses de trois références.

Le tout est à adresser à slock@eurecom.fr avec cc à secretariat@eurecom.fr sous la référence : CS/DS/GEOLOC/082021

Dates importantes

  • L’examen des candidatures se fera dès réception.
  • Les candidatures seront considérées jusqu’à la sélection du ou de la candidate.
  • Date d’entrée : au plus vite

Date d’embauche : Poste à pouvoir de suite
Durée du contrat : Durée de la thèse
Site web : http://www.eurecom.fr/fr/people/slock-dirk
 

 

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