Ph. D. Project
Title:
Robust and precise localization methods by VLC
Dates:
2020/10/01 - 2023/09/30
Description:
La technologie Visible Light Communication (VLC ou communication par lumière visible) présente de nombreux avantages et attire l'attention d'acteurs divers (chercheurs, start-up, grands groupes, ...). En effet, cette technologie utilise les infrastructures d'éclairage déjà déployées pour fournir à la fois l'éclairage et une communication sans fil, tout en bénéficiant d'une bande passante très large [1]. L'essentiel des applications visées se situent « indoor » puisque les perturbations de l'environnement (brouillard, lumière solaire, etc.) n'y sont en général pas aussi présentes qu'en « outdoor ». Parmi ces applications, les systèmes de positionnement intérieur (VLC-IPS) font l'objet de nombreux travaux. Des algorithmes de localisation, pouvant être classés en deux catégories principales - rangebased, rangefree -, sont utilisés pour fournir une estimation de la position d'objets mobiles [2], [3].

Les algorithmes de type « rangebased » calculent la position de l'objet mobile en fonction de caractéristiques du signal reçu telles que la puissance, le temps d'arrivée, l'angle d'arrivée, etc. Ces caractéristiques du signal sont fortement affectées par l'observation, les réflexions sur les parois, la poussière ou la fumée potentiellement en suspension dans certains environnements intérieurs. Ces perturbations nuisent ainsi à la robustesse de ces algorithmes généralement reconnus pour leur précision.
Pour leur part, les algorithmes de type « range free » utilisent uniquement des informations de connectivité pour effectuer la localisation et les caractéristiques du signal ne sont pas prises en compte. Même si la précision obtenue au final est généralement moins bonne que celle obtenue par des approches de type rangebased, cette approche n'est quant à elle pas (ou peu) sensible aux problèmes de réflexions de la lumière et aux problèmes d'occultations partielles.
Ces deux familles d'algorithmes montrent les limites actuelles pour un déploiement plus massif des systèmes de VLC-IPS. Enoncé de manière simple, elles constituent en synthèse le verrou principal de cette thèse : comment obtenir un système VLC-IPS simultanément précis et robuste ?

L'objectif principal de cette thèse vise naturellement à proposer des approches permettant de lever ce verrou. Les principes et méthodes retenus devront être comparés et validés dans un premier temps par simulation, puis dans un deuxième temps sur une plateforme physique dont le laboratoire s'est doté en soutien à la thèse de Fabian Seguel.
Ces travaux s'appuient sur les compétences complémentaires de l'équipe Green Networking (GN) et de celles de l'équipe Système et Objets Intelligents en Interaction (S&O-2I) du département ISET. Ils font suite à des travaux initiés dans le cadre de la thèse de Fabian Seguel (thèse en co-tutelle avec l'Université de Santiago du Chili) et dont les résultats actuels (thèse en cours) ont déjà été largement valorisés [4], [5], [6], [7]. Ce projet de thèse s'intègre également dans le projet STIC-AmSud VLmC « Visible Light Mine Communications » dont le CRAN assure le pilotage et partenariat avec des universités chiliennes et équatoriennes [8].

Bibliographie
[1] T.-H. Do and M. Yoo, "An in-Depth Survey of Visible Light Communication Based Positioning Systems," Sensors, vol. 16, no. 5, p. 678, 2016
[2] C. Wang, L. Wang, X. Chi, S. Liu, W. Shi, and J. Deng, "The research of indoor positioning based on visible light communication," China Communications, vol. 12, no. 8, pp. 85-92, 2015.
[3] N. U. Hassan, A. Naeem, M. A. Pasha, T. Jadoon, and C. Yuen, "Indoor Positioning Using Visible LED Lights," ACM Computing Surveys, vol. 48, no. 2, pp. 1-32, nov 2015.
[4] F. Seguel, I. Soto, P. Adasme, N. Krommenacker, P. Charpentier. Potential and challenges of VLC based IPS in underground mines. First South American Colloquium on Visible Light Communications, SACVLC 2017, Nov 2017, Santiago, Chile. ⟨hal-01666573⟩
[5] F. Seguel, N. Krommenacker, P. Charpentier, I. Soto. A novel range free visible light positioning algorithm for imaging receivers. Optik, Elsevier, 2019, 195, pp.163028. ⟨10.1016/j.ijleo.2019.163028⟩. ⟨hal-02181111⟩
[6] F. Seguel, N. Krommenacker, P. Charpentier, I. Soto. Visible light positioning based on architecture information: method and performance. IET Communications, Institution of Engineering and Technology, 2019, 13 (7), pp.848-856. ⟨10.1049/iet-com.2018.5623⟩. ⟨hal-02120733⟩
[7] A. Dehghan Firoozabadi, C. Azurdia-Meza, I. Soto, F. Seguel, N. Krommenacker, et al.. A novel frequency domain visible light communication (VLC) three-dimensional trilateration system for localization in underground mining. Applied Sciences, MDPI, 2019, 9 (7), pp.1488. ⟨10.3390/app9071488⟩. ⟨hal-02099520⟩
[8] Projet STIC-AmSud n°43481NC site web : https://sites.google.com/uazuay.edu.ec/vlmc/home
Keywords:
Localisation, Visible Light Communication (VLC), robustness
Department(s): 
Eco-Technic systems engineering