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Une puce GPS moins énergivore grâce au cloud computing

Des chercheurs de Microsoft affirment réduire d'un facteur 2.000 l'énergie consommée par une puce GPS en diminuant drastiquement la quête et le traitement des informations émises par les satellites. Le reste des données nécessaires est collecté et traité sur des serveurs. De quoi réduire la consommation d’énergie et développer des services géolocalisés qui pourraient fonctionner en permanence.

Les premiers essais réalisés par les chercheurs de Microsoft avec la technologie de Cloud-Offloaded GPS ont permis d’obtenir une géolocalisation d’une précision inférieure à 35 m. © Microsoft Research Les premiers essais réalisés par les chercheurs de Microsoft avec la technologie de Cloud-Offloaded GPS ont permis d’obtenir une géolocalisation d’une précision inférieure à 35 m. © Microsoft Research

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Si l’efficacité des systèmes de navigation GPS sur les smartphones n’est plus à démontrer, la consommation d’énergie qu’ils engendrent est un problème. Un trajet de quelques heures avec le guidage GPS activé suffit en général à vider la batterie, parfois avant d’arriver à destination. Un défaut de taille qui n’a pas encore trouvé de solution satisfaisante. La situation, cependant, évolue peut-être dans le bon sens grâce aux travaux de chercheurs de Microsoft. Ils ont mis au point un nouveau processus de traitement des données GPS qui réduit la charge imposée à la puce, et par conséquent la consommation d’énergie, en confiant la gestion d’une grande partie des informations à des serveurs informatiques.

Nommée Cloud-Offloaded GPS (CO-GPS), cette technique s’appuie sur des bases de données publiques en ligne pour récupérer les informations concernant la trajectoire des satellites et les dénivelés terrestres afin de calculer la position du terminal. « La plupart des informations nécessaires au traitement d’un récepteur GPS sont disponibles par d’autres canaux. La Nasa par exemple publie les éphémérides des satellites via ses services en ligne, ainsi le terminal n’a pas besoin de rester connecté au satellite suffisamment longtemps pour décoder ces informations », expliquent les chercheurs de Microsoft.

La plateforme de référence CLEO (Cultivating the Long tail in Environmental Observations) conçue par les chercheurs de Microsoft, qui comprend le microcontrôleur (Microcontroller), le récepteur GPS (GPS logger), un port audio (Audio port), le récepteur WWVB (WWVB Receiver) pour la synchronisation horaire et une batterie de 0,7 mAh. © Microsoft Research
La plateforme de référence CLEO (Cultivating the Long tail in Environmental Observations) conçue par les chercheurs de Microsoft, qui comprend le microcontrôleur (Microcontroller), le récepteur GPS (GPS logger), un port audio (Audio port), le récepteur WWVB (WWVB Receiver) pour la synchronisation horaire et une batterie de 0,7 mAh. © Microsoft Research

Des données publiques pour localiser les satellites

L’essentiel des calculs de position se faisant sur les serveurs, la puce GPS n’est sollicitée que durant quelques millisecondes, alors que le fonctionnement actuel nécessite au minimum 30 s pour acquérir la série d'informations émises par le satellite puis les traiter. Les éphémérides, par exemple, sont étalées plusieurs messages. « Un smartphone vide sa batterie en à peu près six heures si le GPS fonctionne en continu », détaillent les chercheurs.

La partie cloud du système CO-GPS fonctionne sur la plateforme Windows Azure de Microsoft. Sa tâche est double : d’une part, mettre à jour la base de données des éphémérides, et d’autre part, traiter les informations brutes en provenance du récepteur GPS. Pour les éphémérides, le système utilise deux sources principales disponibles sur Internet. Tout d’abord, les données NGS (National Geodetic Survey) émises à 15 minutes d’intervalle par la NOAA. Elles contiennent les données horaires et de localisation corrigées pour chaque satellite GPS. La deuxième source utilisée est celle de la National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) qui prédit les éphémérides sur sept jours. Les données NGS et NGA sont combinées pour obtenir une meilleure précision.

Le CO-GPS consommerait deux mille fois moins !

Pour mettre en œuvre les principes de fonctionnement du CO-GPS, les chercheurs de Microsoft ont conçu ce qu’ils appellent un « design de référence », une plateforme matérielle type baptisée CLEO (Cultivating the Long tail in Environmental Observations). Elle se compose d’un récepteur GPS Maxim MAX2769, d’un microcontrôleur Texas Instruments, d’un récepteur WWVB pour la synchronisation horaire et d’une puce de mémoire Flash pour le stockage. Au final, le système n’a besoin que de 10 ms de données brutes du signal GPS pour obtenir une position avec une précision inférieure à 35 m.

Du côté de la consommation, les tests montrent qu’il faut moins de 0,5 millijoule pour récupérer un point GPS là où la puce d’un smartphone actuel consomme un joule. « Avec une paire de piles AA, CLEO peut théoriquement assurer une localisation GPS continue pendant un an et demi », assurent les chercheurs. De quoi envisager de nouvelles applications mobiles reposant sur une géolocalisation constante, qui pourraient fournir des informations à la fois plus précises et plus personnalisées.

Fort de ces premiers résultats, les chercheurs de Microsoft indiquent qu’ils poursuivent le développement de la plateforme afin de chercher à réduire davantage la consommation d’énergie notamment grâce à de nouveaux contrôleurs et des techniques de compression des données. Pour le moment, ils n’avancent aucune échéance pour la mise en service d’un tel système.


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