My research activities deal with RF signal processing and numerical simulation of wave propagation. I worked until 2002 in the field of medical imaging  for echocardiographic RF images.

Since 2000, I'm working in the field of wireless networks simulation, modeling and optimization.

WIRELESS NETWORKS

Introduction

- Wireless networks are growing very fastely since 2000,  following  the exceptional development of cellular networks in the nineties. WiFi widely contributed to this development firstly in professional environments but even now in private areas. The use of WiFi in a wide variety of areas such as airports, museum, hotels, universities, ..., has shown the failures of this technology: unstable handovers, limited throughput, lack of independent channels, ...

The IEEE802.11 standard evolved to fulfill more and more constraints improving its efficiency in larger and more complex environments. Although first deployments were successfully done empirically, actual deployments require now a better planning process to overcome the limitations of this technology. Such a planning process requires software tools based on two main components. The former is an Indoor propagation simulator and the later an access network optimizer. Both aspects are dealt with in our work.

- The concept of ad-hoc network may been seen firstly as a way to increase the coverage of standard wLAN. Ad-hoc networks are now thought as adaptative ans autonomous networks. Moreover, the sensor network field of applications allows to investigate specific solutions for which the throughput is not the main constraint. Lot of works devoted to ad-hoc network protocols are based on very simple radio models. We are dealing with realistic physical layer modeling taking into account the radio channel properties (propagation, fading, ...) on the one hand, and the radio interface properties on the other hand. For this purpose, we have designed a radiocom testbed allowing to analyze existing systems and helpful for the design of new interfaces.

UHF wave propagation in Indoor environments  détails

fig 1: coverage map of an access point in our lab

Indoor UHF wave propagation is a hard problem studied for 15 years. Two kinds of methods are usually proposed. The former includes empirical approaches based on a statistical modeling of the propagation behavior. They need a wide set of measurments. The later includes methods so called determinsitic because they exploit a physical model of the wave propagation. The most famous deterministic approaches are based on the geometrical optic modeling leading to ray-tracing based methods. These methods have been widely studied in the field of Indoor propagation. In the opposite, discrete approaches such as FDTD or TLM have been more rarely used for Indoor propagation simulations because of their high computational load. 

 

We  have developped a new approach based on a TLM like formalism in the frequency domain, and exploiting a multi-resolution decomposition of the environment. Such a decomposition allows to reach very fast computational times when compared to the original time-domain approach. Typically, a dense radio coverage of a N.N pixels is solved in O(log2(N).N2), thus with a complexity comparable to those of a standard multi-wall model (MWM) approach exploiting only direct paths. It should be emphasized that in our approach all paths are taken into account.  Such a low computational complexity is reached taking advantage of the mult-resolution tree computed during a pre-processing phase having a complexity in O(N3).

Calibrated simulation results have been compared to experimental measurements. they exhibit a mean quadratic error of about 5dB only.

fig 2: comparaison of simulations with measurements for a foot-path in the lab.

 

wireless LAN optimization détails

wireless LAN optimization aims to select a subset of access points (AP) among a list of possible candidates, in order to reach a given quality of service (QoS). This QoS can be defined simply as a network access garanty needing only to verify the coverage area of each selected AP. It can be often better to define this QoS by the use of more applicative criteria such as maximizing the throughput per user, giving a minimal throughput everywhere to allow VoIp applications or maximizing the minimal number of APs seen everywhere for lacalization applications. Interferences have to be dealt with to allow an efficient channel allocation (FAP).

Our approach exploits the multi-resolution structure of the WILDE engine, allowing to reach smart computational times.

fig 3:the AP candidates are the center of homogeneous nodes of a size larger than a given threshold.

 

1- The candidate positions are firstly selected from the mutli-resolution tree obtained with the simulation engine, allowing to take automatically into account the environment geometry.  The coverage is then computed for each AP.

 

fig 4: Optimal AP selection for a localization service.

2- All coverage combinations are tested with respect to the chosen criteria, and allowing to compare the cost of each potential solution. Because a greedy algorithm is not efficient enough, a Tabou heuristic is used to find an optimal solution.

 

 

Radiocommunications testbed détails


 

TODO

physical layer modeling of ad-hoc networks  détails

 

TODO
 

MEDICAL IMAGING

 

Ultrasound contrast agent (1998-1999,   Bracco Research, S.A.)  

Basée sur les propriétés de résonance des bulles d'air, la technique repose sur l'injection de micro-bulles dans l'organe à explorer, via le système artériel. Ces micro-bulles réagissent aux ultrasons comme des réflecteurs puissants et peuvent être localisées grâce à l'imagerie ultrasonore conventionnelle.
 Cependant, la pratique clinique n'en est encore qu'à ses débuts et de nombreux points restent à explorer. Actuellement nous travaillons sur 2 aspects de ces agents de contraste.
Le premier point sur lequel j'ai travaillé concerne la modélisation des agents de contraste. Il s'agissait de prédire le comportement d'une population de bulles sous l'action d'une onde ultrasonore. Plusieurs modèles mathématiques ont été proposés, mais les choix dépendaient du type de produit, de la quantité de bulles ou encore de la puissance de l'onde incidente. L'objectif était de simuler fidèlement le comportement des agents de contraste développés à Bracco. A plus long terme, il s'agissait de proposer un outil permettant l'aide à la conception de nouveaux produits.
Le deuxième point concernait la mesure des propriétés acoustiques des agents de contraste. Il s'agissait de mettre en place un banc de mesures fiable conduisant à des résultats absolus, indépendants du système de mesure. Toutes les mesures acoustiques étaient basées sur une analyse spectrale locale des signaux rétrodiffusés par l'agent de contraste.

RF signal processing for ultrasound imaging ( 1993-1998, CREATIS )

Les images échocardiographiques conventionnelles (B-scan) correspondent à l'enveloppe des signaux de radiofréquence (RF) fournis par la sonde ultrasonore. Les progrès technologiques récents en matière d'acquisition de données permettent l'obtention de l'ensemble des signaux RF formant l'image RF. Plusieurs études expérimentales ont montré que l'analyse spectrale locale de ce type d'image doit permettre de quantifier l'état pathologique de certains tissus comme le muscle myocardique. Méthodologiquement, une telle analyse spectrale est complexe du fait du caractère aléatoire et non stationnaire des signaux RF.
 Dans ce cadre, nous avons développé une méthode originale basée sur une estimation paramétrique autorégressive (AR) locale. En considérant les paramètres AR comme des variables aléatoires, la modélisation Markovienne nous a permis d'introduire une contrainte de lissage spatial, préservant les discontinuités. Après avoir testé les méthodes de résolution stochastique, nous avons adapté un algorithme déterministe (minimisation semi-quadratique), en utilisant la structure récursive des coefficients de réflexion.
 Pour permettre une validation expérimentale de ces données, nous avons mis en place en 1996 une collaboration avec l'équipe du laboratoire "Medical Image Computing" (LMIC) de l'Université de Leuven, Belgique, qui a développé un système d'acquisition spécifique pour les séquences d'images cardiaques RF. Pour mener à bien cette collaboration soutenue par le ministère des affaires étrangères (programme d'actions intégrées "Tournesol"), j'ai séjourné pendant 3 mois à Leuven. Les résultats obtenus sont très encourageant et la méthode proposée devra être testée sur plusieurs cas, sains et pathologiques.
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3D cardiac motion estimation  (1992-1997, CREATIS )

Les travaux de recherche que j'ai effectués en partie dans le cadre de mon DEA et concernant l'analyse du mouvement 3D étaient intégrés dans les travaux du thème "Imagerie Dynamique". Grâce à des données expérimentales acquises sur cœur de chien à l'aide du scanner X 3D de la Mayo Clinic de Rochester, nous avons pu calculer et visualiser de façon dynamique la distribution spatio-temporelle des vitesses de contraction et de dilatation des parois du cœur gauche in-vivo. Pour ce faire, nous avons mis en œuvre en 3D une méthode différentielle d'estimation de mouvement avec contrainte de divergence nulle. Les résultats obtenus ont montré une très bonne cohérence avec la physiologie connue du mouvement cardiaque.