RIESCO

h1. Compte rendu d'activité 2013

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Le projet RIESCO a débuté en 2013, en s'appuyant dans un premier temps sur des fonds propres du GIPSA-lab puis à l'aide d'un financement de 36 k€ obtenu via l'appel à projet AGIR 2013 (financement sur les années 2013 et 2014).

h2. Actions menées en 2013

Au cours de l'année 2013, la plate-forme de radio logicielle a été déployée en plusieurs étapes et les premiers travaux de recherches sur la localisation de téléphones mobiles GSM ont débuté avec le stage de Bertrand Gallet. À l'issue, la plate-forme a été utilisée dans le cadre d'application plus variées (ex. : compensation des auto-interférences, aide à la formation...). 

h3. Déploiement initial de la plate-forme RIESCO

Le déploiement de la plate-forme RIESCO a débuté par l'achat d'un émetteur-récepteur *Ettus USRP N210 + WBX + GPSDO* ainsi que d'un ordinateur *Dell XFR* (fonds propres GIPSA-lab). Un *environnement de développement libre* a été choisi, en se basant notamment sur un système GNU/Linux Ubuntu, ainsi que sur le _framework_ GNURadio (Python et C++). Un *site Internet* privé a été ouvert sur une plate-forme Redmine (hébergement temporaire sur hostedredmine.com) afin de suivre le développement du projet et de centraliser la documentation technique.

Par ailleurs, des exemples d'applications ont été développés. Il permettent la vérification du bon fonctionnement des stations et sont également utilisés à des fins de communication (interne et externe) sur les activités de radio logicielle développées au GIPSA-lab. Parmi les programmes utilisés, citons les émetteurs-récepteurs de modulations analogiques, le récepteur de transpondeurs ADS-B, la chaîne de communication numérique QPSK...

h3. Stage de PFE sur la localisation GSM

L'investissement initial a permis la réalisation du stage de projet de fin d'études de Bertrand Gallet (fonds propres GIPSA-lab), sur la thématique de la *localisation de mobiles GSM* à l'aide d'une plate-forme de radio logicielle. Dans une première phase, son démonstrateur force la connexion d'un mobile GSM sur une station de base de radio logicielle, sans utiliser de brouilleur. À la différence des méthodes proposées dans la littérature, cela permet de limiter l'interférence introduite par les outils de localisation sur l'infrastructure de l'opérateur. Des résultats expérimentaux montrent qu'il est possible de capturer un mobile GSM en moins de deux minutes. Dans une seconde phase, il est possible de forcer le mobile à émettre, en déclenchant l'ouverture d'un canal voix. La station de base de radio logicielle peut alors estimer en temps réel la puissance reçue par le mobile.

Les travaux réalisés pendant le stage de Bertrand Gallet sont résumés dans son rapport de projet (attachment:rapport-pfe-gallet.pdf) ainsi que dans un article soumis à IEEE Wireless Communication Letters (attachment:sdr-bts-for-mobile-localization.pdf).

h3. Poursuite du déploiement de la plate-forme

Avec l'obtention d'un financement de 34 k€ via l'appel à projet RIESCO, il fût possible de poursuivre le déploiement de la plate-forme en achetant trois stations de radio logicielle supplémentaires Ettus USRP N210 + WBX + GPSDO ainsi que trois ordinateurs IntensePC i7. Ces équipements complémentaires permettent d'envisager de nouveaux cas d'utilisation : liaisons point à point, scénarios d'interception et de brouillage. Des kits de bouclage permettent en outre de travailler librement sur les bandes réglementées. Concernant le maintien en condition opérationnelle de la plate-forme, notons que celle-ci a été interconnectée au réseau informatique du GIPSA-lab et que les machines déployées bénéficient d'images disques permettant leur réinstallation rapide.

Une instabilité des machines IntensePC i7 a toutefois été constatée. Ceci est probablement du à une dissipation thermique insuffisante ainsi qu'à une mémoire vive partiellement endommagée. Des actions sont en cours pour résoudre le problème pendant la période de garantie des machines.

h3. Ouverture de la plate-forme à d'autres applications

En dehors de la problématique initiale visant la localisation des mobiles GSM en environnement faiblement connecté, d'autres applications de télécommunications ont été développées au cours de l'année 2013. Par exemple, des méthodes de traitement numérique du signal pour la *compensation des auto-interférences* ont été appliquées dans le cadre des travaux de thèse de Robin Gerzaguet. Par ailleurs, une proposition de projet ANR déposée par François Cayre pourrait s'appuyer sur des récepteurs de radio logicielle afin de *détecter l'utilisation de capteurs vidéo* en exploitant le rayonnement électromagnétique parasite des bus de données des équipements mobiles (camescope, appareil photo numérique, _smartphone_...).

h2. Orientations pour l'année 2014

Au cours de l'année 2014, plusieurs axes de développement seront développés ou poursuivis sur la plate-forme RIESCO. Il s'agit en premier lieu de poursuivre les travaux dans la continuité des résultats obtenus par Bertrand Gallet dans le domaine de la localisation de mobiles GSM en environnement faiblement connecté. De plus, une diversification des applications reposant sur la radio logicielle sera envisagée afin de garantir son utilisation au delà de l'année 2014.

h3. Mise à jour de la plate-forme pour les applications de localisation

Au cours du stage de Bertrand Gallet, nous avons montré que la localisation d'un mobile GSM pouvait s'appuyer sur l'estimation de la puissance reçue par la station de base. Plus précisément, à partir du logiciel OpenBTS, des résultats expérimentaux ont permis de classifier des distances de 5 m, 10 m et 15 m en se basant sur cet estimateur.

Nous pensons toutefois qu'il est nécessaire de se tourner vers une *configuration multi-antenne* afin de mettre en œuvre des algorithmes plus élaborés qui permettraient une acquisition plus rapide et plus précise de la position de la cible. À titre d'exemple, l'étude suivante démontre la pertinence d'un système d'estimation des angles d'arrivée au maximum de vraisemblance en exploitant des équipements similaires à ceux que nous possédons : http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=6415851

Une mise à jour de la plate-forme RIESCO reste toutefois nécessaire afin constituer un réseau d'antennes à l'aide des 4 émetteurs-récepteurs USRP N210. Un circuit de *distribution des horloges* sera nécessaire afin de synchroniser les différents récepteurs et un *point unique de collecte des données* devra être mis œuvre pour piloter le réseau d'antennes.

Le recrutement d'un stagiaire en projet de fin d'études d'ingénieur est envisagé entre juillet et décembre 2014 afin de développer et mettre en œuvre des méthodes de localisation de mobiles GSM à l'aide d'un réseau d'antennes. En outre, les capacités de télédétection de la plate-forme semblent intéresser fortement le LISTIC avec qui il serait possible d'envisager une collaboration (échange avec Guillaume Ginolhac).

h3. Travaux de compensation des interférences

Dans la continuité des travaux de recherche de Robin Gerzaguet, la plate-forme de radio logicielle sera utilisée afin de vérifier expérimentalement les méthodes de *compensation numériques des interférences* développées pour faire face au _DC offset_, au déséquilibre des voies I/Q ainsi qu'aux défauts d'isolation des chaînes d'émission et de réception. Dans ce contexte, l'achat de quelques composants hyperfréquence est à prévoir (duplexeur, amplificateurs à faible bruit et amplificateurs de puissance...).

Un stagiaire de deuxième année d'école d'ingénieur sera affecté sur la plate-forme pendant 10 semaines pour prendre part à ces travaux.

h3. Ouverture de la plate-forme pour la formation

Dans le cadre du post-doctorat de Huaqiang Shu (financement Floralis de Laurent Ros), il est prévu d'utiliser les équipements de *radio logicielle dans le cadre de la formation*, via des travaux pratiques, projets ou stages. Cette démarche nécessite la compréhension et la documentation de nombreux modules de GNURadio. Il sera également nécessaire de développer des chaînes de communication numériques détaillées en s'intéressant en particulier aux techniques de synchronisation, d'estimation de canal et d'égalisation. L'enjeu de ces travaux sera la refonte de la plupart des travaux pratiques orientés "temps réel" fonctionnant actuellement sous Mustig.

Un projet collectif de deuxième année (ENSIMAG) aura pour but de concevoir de nouveaux modules GNURadio pour faciliter la lisibilité des applications de transmission réalisées à l'aide de ce _framework_ (bonnes pratiques de développement, segmentation des blocs fonctionnels...).

h3. Poursuite des échanges avec l'ISAE

Sur la base de l'expérience acquise via la plate-forme RIESCO, une plate-forme de RAdio Logicielle pour la Formation (RALF) est en cours de déploiement au sein de l'ISAE. Les équipements utilisés seront également choisis parmi les produits Ettus et l'environnement de développement sera similaire à celui utilisé au GIPSA-lab (GNU/Linux Ubuntu et GNURadio).

Une *mise en commun des ressources documentaires* semble évidente en raison des similarités entre ces deux plates-formes. Nous nous appuierons notamment sur des outils d'échange collaboratifs ainsi que sur des missions de courte durée entre les deux établissements.

h3. Migration du site Redmine sur les serveurs du GIPSA-lab

Les outils collaboratifs utilisés dans le cadre du projet RIESCO sont actuellement hébergés sur les serveurs du prestataire hostedredmine.com. Cela soulève des problèmes de fonctionnalités (pas de dépôt de code source), de sécurité des données et d'affichage. Pour toutes ces raisons, il a été décidé de déployer une plate-forme collaborative Redmine/Subversion au sein du GIPSA-lab et de procéder à la *migration du site du projet RIESCO* sur celle-ci. Naturellement, ces outils collaboratifs pourront être utilisés dans le cadre d'autres projets (ex. : édition distribuée d'articles scientifiques, gestion de projets de recherche...).

La définition de l'architecture des services Redmine/Subversion a été finalisée fin février 2014. Les serveurs sont actuellement en cours de déploiement.

h3. Renforcer la communication sur la plate-forme

Actuellement, la plate-forme RIESCO n'est pas *officiellement référencée* en tant que plate-forme au sein du GIPSA-lab. Il semblerait pourtant intéressant de s'inscrire dans cette démarche afin d'améliorer la visibilité de nos activités vis-à-vis de nos partenaires extérieurs. Cela permettrait également d'assurer la pérennité des installations au sein du laboratoire (occupation des salles, connectivité, inventaire des équipements...).

h2. Budget et achats prévus pour l'année 2014

h3. Équipement (4500 € disponibles)

* Octoclock-G (1400 €) ;

* Switch 10GE (~ 900 €) ;

* Machine de calcul haute performances avec 10GE (~ 2200 €).

*OK*

h3. Fonctionnement (13500 € disponibles)

* Missions Damien Roque au GIPSA-lab (~ 2000 €) ;

* Mission Jérôme Mars à Amsterdam (~ 1000 €) ;

* Samsung Galaxy Note 10.1 Edition 2014 (~ 3x530 €) ;

* Stage 2A proposé par Robin (~ 3000 €) ;

* Stage 3A proposé par Damien (~ 6000 €) ;

* Duplexeur bande GSM (~ 300 €) ;

* Outillage pour électronique (~ 200 €) ;

* Quelques composants RF (antennes) (~ 300 €) ;

*On arrive à 14390 €, mais plusieurs variables d'ajustement nous permettront de nous conformer à la cible de 13500 €.*

Rappel de la procédure pour effectuer les achats :

* Pour le matériel informatique, demander à Jean-Marie Rousvoal, achats-info@gipsa-lab.grenoble-inp.fr. Préciser la nature des crédits : UJF/RIESCO. Mettre Olivier Michel en copie afin de valider chaque commande.

* Pour le reste, demander à Caroline Robert. Préciser la nature des crédits : UJF/RIESCO. Mettre Olivier Michel en copie afin de valider chaque commande.

h2. Liste des tâches

* Bascule de la plate-forme Redmine sur le serveur GIPSA-lab. Aspect annexe : formation des personnels à l'utilisation de la plate-forme.

* Régler les problèmes liés aux IntensePC : changer RAM, puis faire valoir garantie.

* Mettre à jour la plate-forme avec le système de distribution d'horloge et le switch GE.

* Déployer la nouvelle version LTS d'Ubuntu à partir d'avril 2014, effectuer les sauvegardes.

* Se renseigner pour proposer le stage de PFE en décalé (de juillet à décembre).

* Référencer RIESCO parmi les plate-formes officielles du laboratoire.