PlateformE viRtuelle 3D pour la Simulation des rEseaux de caPTEURs – PERSEPTEUR

Le Projet PERSEPTEUR provient d'une alliance de laboratoires encouragée par le CNRS au titre de la recherche sur les réseaux de capteurs et leurs interactions, de la modélisation physique et spatiale du canal radio, avec la société Virtualys, spécialisée dans les représentations 3D des structures urbaines. Cette alliance propose de construire des outils exploitant des descriptions urbaines libres, afin de permettre la synthèse visualisée de caractéristiques des signaux radio dans un large spectre technologique, le déploiement ou l’analyse de réseaux dans l’espace urbain, et plus particulièrement, la faisabilité de mise en œuvre de réseaux de capteurs (RdC). Outre l'aspect spatial, ce projet a aussi l'ambition d'intégrer l'aspect temporel, à partir de scénarios de mobilité. Ce projet veut répondre à plusieurs types d'interrogations sur l’usage de l'espace et des fréquences, et l’optimisation de cet usage. Il veut favoriser l’accès citoyen à l’information sur l'existence de signaux radio, aider à la mise en œuvre rapide et fiable de services de surveillance divers (gaz, lumière, et autres ressources) par capteurs distribués, en construisant un retour à l'information publique.
Les déploiements de réseaux radio urbains impliquent une modélisation et une simulation préalable. Les outils de conception doivent répondre à trois contraintes : (1) être précis, et quantifier les incertitudes de modèle, (2) permettre la représentation des nœuds mobiles et des environnements dynamiques et (3) capturer le comportement d’un ou plusieurs réseaux, à l’échelle de milliers de nœuds.
Représenter un environnement dynamique est en soi une tâche difficile, avec à l’extrême des déplacements précis de mobiles, et de leurs connexions radio. Il est d’abord nécessaire de représenter l’environnement urbain stable de manière déterministe, et la fluctuation de cet environnement de manière statistique (arbres, obstacles, climat). Le challenge principal de ce projet est donc de trouver le juste équilibre entre plusieurs approches, en maîtrisant les erreurs induites par la statistique ou l’information déterministe absente, sous une contrainte de temps de calcul acceptable. Si cet équilibre est obtenu, il est clair que l’on rend possible des investigations permettant un développement fiable et optimisé des réseaux de capteurs, en terme de communications, d’accès à la ressource ou de routage. Le gain pour les industriels se mesure en capacité d’investigations rapides, et en fiabilité des maquettes de déploiements.
Le projet s’articule autour de modèles pour le placement et la mobilité des nœuds (3D), pour la fluctuation de l’environnement, pour la structure du canal radio, et pour les interférences. La disposition des nœuds constitue la souche des calculs déterministes. La modélisation statistique de l’interférence vise à simplifier les calculs et traiter rapidement un grand nombre de nœuds.
Les simulations opèrent à plusieurs échelles : les bâtiments, la rue, la ville. Les calculs restituent une cartographie de l’encombrement spectral, une visualisation des réseaux et niveaux de champ dans un quartier, ou, pour un professionnel travaillant au déploiement d’un réseau, ils évaluent a priori les niveaux d’interférence et la fiabilité des liens.
Les travaux de ce projet pourront servir de fondement à l’étude et la compréhension des réseaux de capteurs, évitant les mauvaises surprises d’un déploiement non maîtrisé. Ils favorisent la recherche de long terme, en environnement réaliste, sur la maintenance, les performances et la consommation des nœuds. Ils serviront également à l’information visuelle du grand public sur les environnements électromagnétiques existants et les services disponibles. Cette information est complétée par des retombées en enseignement, par exemple, l’appréhension de phénomènes complexes de propagation et d’interférence, ou la mobilité.