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         Pour une meilleure Efficacite des T.I.C.




Solutions de géo localisation

            Au centre du cycle Projet
Qu’est ce que la géolocalisation indoor ?

       Localisation d'un élément (objet, personne) sur une carte à l'aide de positions
        géographiques
       Techniques possibles :
          • Réseaux de capteurs (RFID passive, « smart floor », infrarouge, ultrasons)
          • Réseaux de communication (Wifi, Bluetooth, ZigBee, RFID active, UWB,…)
          • Réseaux mobiles (GSM Cell-ID, E-OTD, DECT,…)
       Techniques satellitaires (A-GPS, répéteurs GPS, HS-GPS,…)
       Méthodes de localisation :
          • statique : une position à un instant précis (ex: RFID passive, capteur pression)
          • dynamique : suivi en temps réel > RTLS (Real Time Location System)
                – par cellule. ex: RFID, GSM Cell-ID, infrarouge, ultrasons
                – par indication de puissance des signaux reçus des points d'accès > RSSI (Received
                  Signal Strength Identification). ex: RFID, Wifi, Bluetooth, ZigBee, GSM
                – par mesure du temps de propagation des ondes >TDOA (Time Difference Of Arrival). ex:
                  Wifi, GPS, RFID, GSM
                – par mesure des angles de réception >AOA (Angle of Arrival). ex: Wifi, UWB, RFID, GSM



                                                           Page N°2
ETIC Consulting&Developpement
Méthodes de géolocalisation > statique


    Déterminer la position à un instant précis T
                    • La détection se fait à faible distance


                                               Avantages
                                                     Coordonnées de localisation précises
                                                     Lectures fiables


                                              Inconvénients
                                                    Pas de suivi en temps-réel
                                                    Position inconnue entre deux localisations
                                                    Déploiement complexe si besoin de forte
                                                   couverture


                                                          Page N°3
ETIC Consulting&Developpement
Méthodes de géolocalisation >
                                    dynamique > cellule

    Déterminer la surface d’intersection la plus petite entre
     plusieurs bornes
                                       A) Précision égale à la portée d’une borne (‘Cell-ID’)
            Portée

     A
                                       B) Précision égale à la surface d’intersection entre deux
                                            bornes
                         C


                                       C) Précision égale à la surface d’intersection entre trois
                                            bornes (‘Triangulation’)
                     B


                                      Avantages
                                            Pas ou peu de calibrage

                                            Pas besoin de bornes spécifiques

                                      Inconvénients
                                            Précision faible

                                            Impossibilité de déterminer la position dans la surface d’intersection

                                                         Page N°4
ETIC Consulting&Developpement
Méthodes de géolocalisation > dynamique
                                        > RSSI

    Mesurer les puissances des signaux reçus des bornes /
     points d'accès
                                               •    La borne est capable de fournir une mesure de signal à la
                                                    réception d'un paquet, en recoupant les mesures faites pour
                                                    des paquets venant de différents points d'accès, il est possible
                                                    d'estimer la position où elle se trouve.
                                               •    Première phase > constitution d'une carte d'empreintes des
          Portée
                                                    puissances du signal par enregistrement en diverses positions
                                                    à travers l'environnement (couverture radio)
                                               •    Seconde phase > estimation de position en comparant la
                                                    puissance des signaux reçus à ceux enregistrés dans la base
                                Avantages          de données (couverture radio)

                                     Bonne précision

                                     Pas besoin d’équipements radio spécifiques


                                Inconvénients
                                     Besoin de constituer une carte d'empreintes des puissances par enregistrement en

                                    plusieurs points de l'espace (calibrage)

                                     Carte "invalide" si environnement changeant (cloisons amovibles)


                                                              Page N°5
ETIC Consulting&Developpement
Méthodes de géolocalisation > dynamique
                                             > TDOA

    Mesurer le temps de propagation des ondes
                                        •     Chaque borne va mesurer le temps de propagation de l’onde jusqu’à
                                              l’élément à localiser
                                        •     Connaissant la vitesse de propagation des ondes (vitesse de la
                                              lumière), ces temps peuvent alors être convertis en distances
                                        •     Les trois distances permettent (par triangulation) de déterminer une
                                              position géographique
                        T3

               T1

                                     Avantages
                         T2                  Très bonne précision

                                             Faible calibrage (carte d’empreintes)

                                     Inconvénients
                                             Sensible aux obstacles et à l’environnement

                                             Besoin d’équipements radio spécifiques

                                             Limitation en terme d’éléments à localiser (grand nombre de requêtes >

                                            saturation)

                                                              Page N°6
ETIC Consulting&Developpement
Méthodes de géolocalisation > dynamique
                                            > AOA

    Mesurer l’angle d’arrivée des ondes radio
                                      •   Les bornes sont calibrées pour avoir la même ligne géographique de
                                          référence (Ex: Nord)
                                      •   Connaissant la vitesse de propagation des ondes (vitesse de la
                                          lumière), les temps de propagation peuvent alors être convertis en
                                          distances, puis en angles
                           A2
                                      •   Les trois angles permettent (par triangulation) de déterminer une
                                          position géographique
               A1




                                               Avantages
                      A3

                                                      Très bonne précision

                                                      Faible calibrage (carte d’empreintes)

                                               Inconvénients
                                                      Sensible aux obstacles et à l’environnement

                                                      Besoin d’équipements radio spécifiques

                                                      Nécessité de calibrage des bornes (orientation)

                                                        Page N°7
ETIC Consulting&Developpement
Géolocalisation > Technologie RFID passive
                             RFID passive : (Radio Frequency Identification) Technologie d'identification utilisant la
                             communication par radio. Normes ISO (14443 Proximity cards, 15693 Vicinity cards)

             Structure
              Composée de tags (terminal localisable) sans batterie et
              d’un ou plusieurs lecteurs avec antennes
             Fréquence
              125 Khz, 13.56 Mhz, 800 à 960 Mhz
             Portée
              De 1 à 35 mètres
             Coûts
               •    Tag : entre 0,2 et 3 €
               •    Point d'accès / Borne : entre 0,5 et 5 K€

        RTLS        Méthode(s)                      Précision(s)

        Oui        RSSI           Inférieur à 1 mètre


    +    Pas d’énergie embarquée (durée de vie), précision de localisation, faible coût des tags, compatibilité matériel
    - Faible portée, nécessite la mise en place d’un réseau spécifique, sensible à l’environnement (liquide, métal suivant la fréquence utilisée), coûts
    élevés de l’infrastructure, pas de norme de communication, pas ou peu de localisation temps-réel
    i     Estimer le nombre de tags à localiser simultanément (anti-collision), effectuer le choix de la fréquence suivant le type d’élément à localiser



                                                                                         Page N°8
ETIC Consulting&Developpement
Géolocalisation > Technologie RFID active
                              RFID active : (Radio Frequency Identification) Technologie d'identification utilisant la
                              communication par radio. Normes 18000-X



             Structure
              Composée de tags (terminal localisable) avec batterie/pile et d’un ou plusieurs lecteurs
             Fréquence
              433 Mhz, 800 à 960 Mhz, 2.4 Ghz
             Portée
              De 10 mètres à plusieurs kilomètres
             Coûts
               •    Tag : entre 15 et 80 €
               •    Point d'accès / Borne : entre 0,5 et 3 K€

        RTLS        Méthode(s)                      Précision(s)

        Oui        RSSI           Entre 3 et 10 mètres
                   TDOA           Inférieure à 1 mètre

    + Consommation modérée, précision de localisation, longue portée, possibilité de mise en place de capteurs / actionneurs
    -   Coût du tag, taille du tag, nécessite la mise en place d’un réseau spécifique, sensible à l’environnement (liquide, métal suivant la fréquence
    utilisée), pas de norme de communication
    i     Estimer le nombre de tags à localiser simultanément (anti-collision), effectuer le choix de la fréquence suivant le type d’élément à localiser



                                                                                         Page N°9
ETIC Consulting&Developpement
Géolocalisation > Technologie WiFi
                              WiFi : technologie de réseau informatique sans fil mise en place pour fonctionner en réseau interne.
                              Elle est aussi un moyen d'accès à internet, en haut débit. Elle est basée sur la norme IEEE 802.11


             Structure
              Composée de tags (terminal localisable) avec batterie, d’un réseau de bornes/points d’accès et d’un contrôleur
             Fréquence
              2.4 GHz et 5 GHz
             Portée
              Entre 10 et 100 mètres (plusieurs km en Wi-Max)
             Coûts
               •    Tag : entre 30 et 100 €
               •    Point d'accès / Borne : entre 2 et 5 K€

        RTLS        Méthode(s)                     Précision(s)

        Oui        RSSI           Entre 3 et 5 mètres (suivant le nombre de
                   TDOA           bornes)
                                  Inférieure à 2 mètres

    + Possibilité d’exploiter le réseau existant (positionnement & transfert de données), précision, protocole normé
    -   Forte consommation électrique, taille des tags, coûts des matériels et de la mise en place, risques de piratage
    i     Vérifier la compatibilité des bornes Wifi existantes pour un usage de localisation (ex: maj. firmware obligatoire pour Cisco), estimer le nombre de
    tag à localiser simultanément, prévoir la logistique pour le rechargement des tags



                                                                                         Page N°10
ETIC Consulting&Developpement
Géolocalisation > Technologie Bluetooth
                            Bluetooth : Technologie radio courte distance destinée à simplifier les connexions entre les appareils
                            électroniques, conçue dans le but de remplacer les câbles. Basé sur la norme IEEE 802.15.x



           Structure
            Composée de tags (terminal localisable) avec batterie, d’un réseau de bornes/points d’accès
           Fréquence
            2.4 GHz
           Portée
            Entre 10 et 100 mètres
           Coûts
             •    Tag : entre 15 et 50 €
             •    Point d'accès / Borne : entre 0,5 et 2 K€
        RTLS      Méthode(s)                       Précision(s)

      Oui        RSSI             Inférieure à 1 mètre (suivant le nombre de
                 TDOA             bornes)
                                  Inférieure à 1 mètre

    + Possibilité d’exploiter un réseau existant, précision de localisation, protocole normé et standard
    - Forte consommation électrique, taille des tags, mise en place d’un réseau spécifique, limitation en terme de nombre de connexion, risques de
    piratage, temps de connexion non négligeables
    i    Estimer le nombre de tags Bluetooth à localiser simultanément (limitation), prévoir la logistique pour le rechargement des tags, calculer le meilleur
    emplacement des bornes pour une couverture optimales


                                                                                       Page N°11
ETIC Consulting&Developpement
Géolocalisation > Technologie ZigBee
                              Zigbee : Protocole de haut niveau permettant la communication radio, à consommation réduite, basée
                              sur le standard IEEE 802.15.4 pour les réseaux à dimension personnelle (WPANs).


             Structure
              Composée de tags (terminal localisable) avec batterie, d’un réseau de bornes/points d’accès
             Fréquence
              868 Mhz, 914 Mhz et 2.4 GHz
             Portée
              Entre 20 et 100 mètres
             Coûts
               •    Tag : entre 15 et 50 €
               •    Point d'accès / Borne : entre 1 et 2 K€
        RTLS        Méthode(s)                     Précision(s)

        Oui        RSSI           Entre 3 et 5 mètres (suivant le nombre de
                   TDOA           bornes)
                                  Inférieure à 2 mètres (suivant le nombre de
                                  bornes)

    +    Faible consommation électrique, précision de localisation, protocole sécurisé
    - Taille des tags, mise en place d’un réseau spécifique, faible portée en indoor (multiplication des bornes), coûts encore élevés
    i     Estimer le nombre de tags Zigbee à localiser simultanément, calculer le meilleur emplacement des bornes pour une couverture optimale, peu de
    recul sur cette technologie


                                                                                         Page N°12
ETIC Consulting&Developpement
Géolocalisation > Technologie Ultrasons
                            Ultrason : Son dont la fréquence est supérieure à 20 000 Hz. L'écholocation consiste à envoyer des sons
                            à diverses fréquences et à les récupérer. La durée prise pour que l'onde revienne, et la nature des ondes
                            renvoyées parmi toutes celles émises, permettent de localiser les éléments



             Structure
              Composée de tags (terminal localisable) avec batterie/pile
              et d’un ou plusieurs lecteurs
             Fréquence
              20 000 Hz
             Portée
              Entre 10 et 30 mètres
             Coûts
               •    Tag : entre 15 et 200 €
               •    Point d'accès / Borne : entre 0,5 et 1 K€

        RTLS        Méthode(s)                     Précision(s)

        Oui         TDOA          Inférieure à 1 mètre



    + Consommation modérée, précision de localisation
    -   Coût de mise en place de l’infrastructure (> 300 k€), sensible à l’environnement (température, humidité, …), sujet aux échos
    i     Vérifier l’infrastructure du bâtiment, calculer le meilleur emplacement des bornes


                                                                                       Page N°13
ETIC Consulting&Developpement
Géolocalisation > Technologie UWB
                              UWB : (Ultra Wide Band) Technique de modulation radio qui est basée sur la transmission
                              d'impulsions de très courte durée


             Structure
              Composée de tags (terminal localisable) avec pile et de plusieurs lecteurs
             Fréquence
              De 3.1 à 10.6 GHz
             Portée
              Jusqu’à 50 mètres
             Coûts
               •    Tag : entre 20 et 40 €
               •    Point d'accès / Borne : environ 0,2 K€


        RTLS        Méthode(s)                    Précision(s)

        Oui        TDOA           Inférieure à 30 cm (mode 3D)
                   AOA            Inférieure à 30 cm (mode 3D)


    + Consommation modérée (durée de vie entre 1 et 4 ans), très haute précision de localisation, faible coûts des tags
    -    Nécessite la mise en place d’un réseau spécifique, fréquence non réglementée, peu de recul sur cette technologie
    i     Vérifier l’adéquation entre la précision requise et constatée, technologie peu répandue > Vérifier le fonctionnement sur le
    terrain


                                                                            Page N°14
ETIC Consulting&Developpement
Géolocalisation > Technologie Infrarouge
                                     Infrarouge : Rayonnement électromagnétique ou radio d'une longueur d'onde
                                     supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes



     Structure
          Composée de tags (terminal localisable) avec pile et d’un ou plusieurs capteurs
     Fréquence
          Entre 30 et 120 Hz
     Portée
          Inférieure à 20 mètres
     Coûts
              •       Tag : non disponible
              •       Point d'accès / Borne : non disponible

        RTLS      Méthode(s)                  Précision(s)

        Non       /             /




    + Consommation modérée, précision de localisation, faibles coûts
    -   Portée faible, sensible aux obstacles, capteurs spécifiques
    i     Vérifier la visibilité du tag par rapport aux capteurs



                                                                            Page N°15
ETIC Consulting&Developpement
Géolocalisation > Technologie DECT-DPS
                             DECT : (Digital European Cordless Telephone). Norme européenne de téléphone sans fil
                             numérique utilisant la compression, de meilleure qualité que le système analogique, et
                             assurant la confidentialité des communications – DPS (DECT Positioning System)


         Structure
          Composée d'un module (ou téléphone) DECT avec batterie, d’une ou plusieurs antennes DECT et d'un contrôleur
         Fréquence
          1880-1900 MHz
         Portée
          Plusieurs centaines de mètres
         Coûts
              •    Module/Téléphone DECT (compatible DSP): entre 500 et 1K€
              •   Répétiteur DECT : entre 150 € et 500 €


        RTLS      Méthode(s)                    Précision(s)

        Non       statique      Entre 5 et 15 mètres



    + Réseau existant (utilisable pour le positionnement et les communications vocales), précision de localisation, protocole
    normé, capacité de localisation (+100K utilisateurs)
    - Localisation temps-réel délicate, pas ou peu de modules spécifiques, coût du module
    i     Vérifier l’existence de terminaux existants et leur compatibilité


                                                                              Page N°16
ETIC Consulting&Developpement
Synthèse des technologies
          Technologie     Fréquence(s)      Portée      RTLS    Coûts (Tag/Borne)       Av antages        Inconvénients        Précautions

                         125 Khz, 13.56       1 à 35m     Oui     entre 0,2 et 3 €   Pas d’énergie     Portée              Volume
       RFID    passive   Mhz, 800 à 960                          entre 0,5 et 5 K€   Précision         Réseau spécifique   Fréquence
                                   Mhz                                               Coûts             Sensible enviro.
                                                                                                        Pas de norme

                         433 Mhz, 800 à    10m à + km     Oui     entre 15 et 80 €   Consommation      Coûts               Volume
       RFID    active      960 Mhz, 2.4                          entre 0,5 et 3 K€   Précision         Réseau spécifique   Fréquence
                                   Ghz                                               Portée            Sensible enviro.
                                                                                                        Pas de norme

                         2.4GHz / 5GHz      10 à 100m     Oui    entre 30 et 100 €   Réseau existant   Consommation        Compatibilité
       Wifi                                                        entre 3 et 5 K€   Précision         Taille              Volume
                                                                                     Protocople        Coûts               Logistique
                                                                                                        Piratage

                                2.4GHz      10 à 100m     Oui     entre 15 et 50 €   Réseau existant   Précision           Volume
       Bluetooth                                                 entre 0,2 et 2 K€   Précision         Réseau spécifique   Logistique
                                                                                     Protocople        Piratage            Emplacement

                          868 Mhz, 914      20 à 100m     Oui     entre 15 et 50 €   Consommation      Taille              Volume
       Zigbee            Mhz et 2.4 GHz                            entre 1 et 2 K€   Précision         Réseau spécifique   Emplacement
                                                                                     Protocople         Portée             Pérennit é

                          De 3.1 à 10.6          50m      Oui     entre 20 et 40 €   Consommation      Fréquences          Réseau existant
       UWB                         GHz                           autour de 0,2 K€    Précision         Réseau spécifique   Validation terrain
                                                                                     Coûts             Recul

                                 20 Khz      10 à 30m     Oui    entre 15 et 200 €   Consommation      Coûts                Emplacement
       Ultrasons                                                 entre 0,5 et 1 K€   Précision         Sensible enviro.     Infrastructure
                                                                                                        Echos

                         Entre 30 et 120     - de 20m    Non    ??????????????       Consommation      Portée              Visibilité
       Infrarouge                     Hz                                             Précision         Sensibilité
                                                                                     Coûts             Réseau spécifique

                         1880-1900 Mhz      + de100m     Non     entre 0,5 et 1 K€   Réseau existant   Coûts               Existant
       DECT                                                     entre 150 et 500 €   Précision         Disponibilité
                                                                                     Capacités         Pas de RTLS


                                                                         Page N°17
ETIC Consulting&Developpement
Interférences possibles avec le matériel et
                                      le corps humain
                        Des fréquences normées et limitées en puissance, peu d’études
                         médicales, mais des faits contradictoires …
      Technologie       Fréquence(s)                                                       Portée


                      125 Khz, 13.56 Mhz,     Tags sans émission (pas de batterie), inoffensifs pour le matériel et pour le corps humain
    RFID   passive          800 à 960 Mhz     Antennes et lecteurs à faible portée, à des puissances faibles
                                              Implantation sous la peau déconseillée
                       433 Mhz, 800 à 960     Implantation sous la peau déconseillée
    RFID   active           Mhz, 2.4 Ghz      Pas d’interférence avec les stimulateurs cardiaques (pacemakers) ou les défibrillateurs
                                              Puissance maximale limitée et faible

                           2.4 Ghz / 5Ghz     Puissance maximale limitée à 100 mW > pas d’exposition supérieure constatée au-delà des
    Wifi                                       limites définies par la réglementation
                                              Fréquence élevée (~2400 MHz), pénétrant peu dans l’organisme (voir OMS)
                                              Maux de tête, vertiges, fatigue constatés
                                  2.4 Ghz     Puissance maximale limitée à 2 mW > pas d’exposition supérieure constatée au-delà des
    Bluetooth                                  limites définies par la réglementation
                                              Fréquence élevée (~2400 MHz), pénétrant peu dans l’organisme.
                     868 Mhz, 914 Mhz et     Pas d’infos disponibles…
    Zigbee                       2.4 Ghz

                        De 3.1 à 10.6 Ghz    Pas d’infos disponibles…
    UWB
                                   20 Khz     Pas d’interférences constatées avec le matériel.
    Ultrasons                                 Volume d’émission faible, sans risques pour le corps humain.

                        Entre 30 et 120 Hz    Pas d’interférences constatées avec le matériel ou le corps humain
    Infrarouge
                           1880-1900 Mhz      Interférences possibles sur la bande 2,4GHz ou 5GHz. Rayonnement fort
    DECT                                      Maux de tête, vertiges, fatigue constatés


                                                                            Page N°18
ETIC Consulting&Developpement
Couplage des technologies

          •     Badges RFID + Infrarouge
                  – Infrarouge pour une localisation « room-level », difficile avec la RFID
                  – RFID pour émettre des signaux d’alerte à travers les murs, impossible avec l’IR


          •     Tags RFID + Wifi
                  – Wifi pour l’exploitation du réseau, les performances et le protocole normé
                  – RFID pour la faible consommation et la taille du tag


          •     Tags RFID active + RFID passive
                  – RFID pour des lectures précises à courte portée (contrôle d’accès, etc…)
                  – RFID active pour la portée et la capacité RTLS


          •     Bornes RFID active + Wifi
            – Wifi pour l’exploitation du réseau
            – RFID active pour exploiter les bornes du réseau Wifi, sans déploiement spécifique
 Avantages                                      Inconvénients
       Exploitation des points forts de chaque technologie    Peu de matériels disponibles en standard
       Réponse à plusieurs besoins avec un seul matériel      Multiplication possible des protocoles à utiliser et des réseaux à déployer
                                                               Dépendance vis-à-vis d’un constructeur

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Solutions de geo localisation

  • 1. http://www.etic-consulting.fr Pour une meilleure Efficacite des T.I.C. Solutions de géo localisation Au centre du cycle Projet
  • 2. Qu’est ce que la géolocalisation indoor ?  Localisation d'un élément (objet, personne) sur une carte à l'aide de positions géographiques  Techniques possibles : • Réseaux de capteurs (RFID passive, « smart floor », infrarouge, ultrasons) • Réseaux de communication (Wifi, Bluetooth, ZigBee, RFID active, UWB,…) • Réseaux mobiles (GSM Cell-ID, E-OTD, DECT,…)  Techniques satellitaires (A-GPS, répéteurs GPS, HS-GPS,…)  Méthodes de localisation : • statique : une position à un instant précis (ex: RFID passive, capteur pression) • dynamique : suivi en temps réel > RTLS (Real Time Location System) – par cellule. ex: RFID, GSM Cell-ID, infrarouge, ultrasons – par indication de puissance des signaux reçus des points d'accès > RSSI (Received Signal Strength Identification). ex: RFID, Wifi, Bluetooth, ZigBee, GSM – par mesure du temps de propagation des ondes >TDOA (Time Difference Of Arrival). ex: Wifi, GPS, RFID, GSM – par mesure des angles de réception >AOA (Angle of Arrival). ex: Wifi, UWB, RFID, GSM Page N°2 ETIC Consulting&Developpement
  • 3. Méthodes de géolocalisation > statique  Déterminer la position à un instant précis T • La détection se fait à faible distance Avantages  Coordonnées de localisation précises  Lectures fiables Inconvénients  Pas de suivi en temps-réel  Position inconnue entre deux localisations  Déploiement complexe si besoin de forte couverture Page N°3 ETIC Consulting&Developpement
  • 4. Méthodes de géolocalisation > dynamique > cellule  Déterminer la surface d’intersection la plus petite entre plusieurs bornes A) Précision égale à la portée d’une borne (‘Cell-ID’) Portée A B) Précision égale à la surface d’intersection entre deux bornes C C) Précision égale à la surface d’intersection entre trois bornes (‘Triangulation’) B Avantages  Pas ou peu de calibrage  Pas besoin de bornes spécifiques Inconvénients  Précision faible  Impossibilité de déterminer la position dans la surface d’intersection Page N°4 ETIC Consulting&Developpement
  • 5. Méthodes de géolocalisation > dynamique > RSSI  Mesurer les puissances des signaux reçus des bornes / points d'accès • La borne est capable de fournir une mesure de signal à la réception d'un paquet, en recoupant les mesures faites pour des paquets venant de différents points d'accès, il est possible d'estimer la position où elle se trouve. • Première phase > constitution d'une carte d'empreintes des Portée puissances du signal par enregistrement en diverses positions à travers l'environnement (couverture radio) • Seconde phase > estimation de position en comparant la puissance des signaux reçus à ceux enregistrés dans la base Avantages de données (couverture radio)  Bonne précision  Pas besoin d’équipements radio spécifiques Inconvénients  Besoin de constituer une carte d'empreintes des puissances par enregistrement en plusieurs points de l'espace (calibrage)  Carte "invalide" si environnement changeant (cloisons amovibles) Page N°5 ETIC Consulting&Developpement
  • 6. Méthodes de géolocalisation > dynamique > TDOA  Mesurer le temps de propagation des ondes • Chaque borne va mesurer le temps de propagation de l’onde jusqu’à l’élément à localiser • Connaissant la vitesse de propagation des ondes (vitesse de la lumière), ces temps peuvent alors être convertis en distances • Les trois distances permettent (par triangulation) de déterminer une position géographique T3 T1 Avantages T2  Très bonne précision  Faible calibrage (carte d’empreintes) Inconvénients  Sensible aux obstacles et à l’environnement  Besoin d’équipements radio spécifiques  Limitation en terme d’éléments à localiser (grand nombre de requêtes > saturation) Page N°6 ETIC Consulting&Developpement
  • 7. Méthodes de géolocalisation > dynamique > AOA  Mesurer l’angle d’arrivée des ondes radio • Les bornes sont calibrées pour avoir la même ligne géographique de référence (Ex: Nord) • Connaissant la vitesse de propagation des ondes (vitesse de la lumière), les temps de propagation peuvent alors être convertis en distances, puis en angles A2 • Les trois angles permettent (par triangulation) de déterminer une position géographique A1 Avantages A3  Très bonne précision  Faible calibrage (carte d’empreintes) Inconvénients  Sensible aux obstacles et à l’environnement  Besoin d’équipements radio spécifiques  Nécessité de calibrage des bornes (orientation) Page N°7 ETIC Consulting&Developpement
  • 8. Géolocalisation > Technologie RFID passive RFID passive : (Radio Frequency Identification) Technologie d'identification utilisant la communication par radio. Normes ISO (14443 Proximity cards, 15693 Vicinity cards)  Structure Composée de tags (terminal localisable) sans batterie et d’un ou plusieurs lecteurs avec antennes  Fréquence 125 Khz, 13.56 Mhz, 800 à 960 Mhz  Portée De 1 à 35 mètres  Coûts • Tag : entre 0,2 et 3 € • Point d'accès / Borne : entre 0,5 et 5 K€ RTLS Méthode(s) Précision(s) Oui RSSI Inférieur à 1 mètre + Pas d’énergie embarquée (durée de vie), précision de localisation, faible coût des tags, compatibilité matériel - Faible portée, nécessite la mise en place d’un réseau spécifique, sensible à l’environnement (liquide, métal suivant la fréquence utilisée), coûts élevés de l’infrastructure, pas de norme de communication, pas ou peu de localisation temps-réel i Estimer le nombre de tags à localiser simultanément (anti-collision), effectuer le choix de la fréquence suivant le type d’élément à localiser Page N°8 ETIC Consulting&Developpement
  • 9. Géolocalisation > Technologie RFID active RFID active : (Radio Frequency Identification) Technologie d'identification utilisant la communication par radio. Normes 18000-X  Structure Composée de tags (terminal localisable) avec batterie/pile et d’un ou plusieurs lecteurs  Fréquence 433 Mhz, 800 à 960 Mhz, 2.4 Ghz  Portée De 10 mètres à plusieurs kilomètres  Coûts • Tag : entre 15 et 80 € • Point d'accès / Borne : entre 0,5 et 3 K€ RTLS Méthode(s) Précision(s) Oui RSSI Entre 3 et 10 mètres TDOA Inférieure à 1 mètre + Consommation modérée, précision de localisation, longue portée, possibilité de mise en place de capteurs / actionneurs - Coût du tag, taille du tag, nécessite la mise en place d’un réseau spécifique, sensible à l’environnement (liquide, métal suivant la fréquence utilisée), pas de norme de communication i Estimer le nombre de tags à localiser simultanément (anti-collision), effectuer le choix de la fréquence suivant le type d’élément à localiser Page N°9 ETIC Consulting&Developpement
  • 10. Géolocalisation > Technologie WiFi WiFi : technologie de réseau informatique sans fil mise en place pour fonctionner en réseau interne. Elle est aussi un moyen d'accès à internet, en haut débit. Elle est basée sur la norme IEEE 802.11  Structure Composée de tags (terminal localisable) avec batterie, d’un réseau de bornes/points d’accès et d’un contrôleur  Fréquence 2.4 GHz et 5 GHz  Portée Entre 10 et 100 mètres (plusieurs km en Wi-Max)  Coûts • Tag : entre 30 et 100 € • Point d'accès / Borne : entre 2 et 5 K€ RTLS Méthode(s) Précision(s) Oui RSSI Entre 3 et 5 mètres (suivant le nombre de TDOA bornes) Inférieure à 2 mètres + Possibilité d’exploiter le réseau existant (positionnement & transfert de données), précision, protocole normé - Forte consommation électrique, taille des tags, coûts des matériels et de la mise en place, risques de piratage i Vérifier la compatibilité des bornes Wifi existantes pour un usage de localisation (ex: maj. firmware obligatoire pour Cisco), estimer le nombre de tag à localiser simultanément, prévoir la logistique pour le rechargement des tags Page N°10 ETIC Consulting&Developpement
  • 11. Géolocalisation > Technologie Bluetooth Bluetooth : Technologie radio courte distance destinée à simplifier les connexions entre les appareils électroniques, conçue dans le but de remplacer les câbles. Basé sur la norme IEEE 802.15.x  Structure Composée de tags (terminal localisable) avec batterie, d’un réseau de bornes/points d’accès  Fréquence 2.4 GHz  Portée Entre 10 et 100 mètres  Coûts • Tag : entre 15 et 50 € • Point d'accès / Borne : entre 0,5 et 2 K€ RTLS Méthode(s) Précision(s) Oui RSSI Inférieure à 1 mètre (suivant le nombre de TDOA bornes) Inférieure à 1 mètre + Possibilité d’exploiter un réseau existant, précision de localisation, protocole normé et standard - Forte consommation électrique, taille des tags, mise en place d’un réseau spécifique, limitation en terme de nombre de connexion, risques de piratage, temps de connexion non négligeables i Estimer le nombre de tags Bluetooth à localiser simultanément (limitation), prévoir la logistique pour le rechargement des tags, calculer le meilleur emplacement des bornes pour une couverture optimales Page N°11 ETIC Consulting&Developpement
  • 12. Géolocalisation > Technologie ZigBee Zigbee : Protocole de haut niveau permettant la communication radio, à consommation réduite, basée sur le standard IEEE 802.15.4 pour les réseaux à dimension personnelle (WPANs).  Structure Composée de tags (terminal localisable) avec batterie, d’un réseau de bornes/points d’accès  Fréquence 868 Mhz, 914 Mhz et 2.4 GHz  Portée Entre 20 et 100 mètres  Coûts • Tag : entre 15 et 50 € • Point d'accès / Borne : entre 1 et 2 K€ RTLS Méthode(s) Précision(s) Oui RSSI Entre 3 et 5 mètres (suivant le nombre de TDOA bornes) Inférieure à 2 mètres (suivant le nombre de bornes) + Faible consommation électrique, précision de localisation, protocole sécurisé - Taille des tags, mise en place d’un réseau spécifique, faible portée en indoor (multiplication des bornes), coûts encore élevés i Estimer le nombre de tags Zigbee à localiser simultanément, calculer le meilleur emplacement des bornes pour une couverture optimale, peu de recul sur cette technologie Page N°12 ETIC Consulting&Developpement
  • 13. Géolocalisation > Technologie Ultrasons Ultrason : Son dont la fréquence est supérieure à 20 000 Hz. L'écholocation consiste à envoyer des sons à diverses fréquences et à les récupérer. La durée prise pour que l'onde revienne, et la nature des ondes renvoyées parmi toutes celles émises, permettent de localiser les éléments  Structure Composée de tags (terminal localisable) avec batterie/pile et d’un ou plusieurs lecteurs  Fréquence 20 000 Hz  Portée Entre 10 et 30 mètres  Coûts • Tag : entre 15 et 200 € • Point d'accès / Borne : entre 0,5 et 1 K€ RTLS Méthode(s) Précision(s) Oui TDOA Inférieure à 1 mètre + Consommation modérée, précision de localisation - Coût de mise en place de l’infrastructure (> 300 k€), sensible à l’environnement (température, humidité, …), sujet aux échos i Vérifier l’infrastructure du bâtiment, calculer le meilleur emplacement des bornes Page N°13 ETIC Consulting&Developpement
  • 14. Géolocalisation > Technologie UWB UWB : (Ultra Wide Band) Technique de modulation radio qui est basée sur la transmission d'impulsions de très courte durée  Structure Composée de tags (terminal localisable) avec pile et de plusieurs lecteurs  Fréquence De 3.1 à 10.6 GHz  Portée Jusqu’à 50 mètres  Coûts • Tag : entre 20 et 40 € • Point d'accès / Borne : environ 0,2 K€ RTLS Méthode(s) Précision(s) Oui TDOA Inférieure à 30 cm (mode 3D) AOA Inférieure à 30 cm (mode 3D) + Consommation modérée (durée de vie entre 1 et 4 ans), très haute précision de localisation, faible coûts des tags - Nécessite la mise en place d’un réseau spécifique, fréquence non réglementée, peu de recul sur cette technologie i Vérifier l’adéquation entre la précision requise et constatée, technologie peu répandue > Vérifier le fonctionnement sur le terrain Page N°14 ETIC Consulting&Developpement
  • 15. Géolocalisation > Technologie Infrarouge Infrarouge : Rayonnement électromagnétique ou radio d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes  Structure Composée de tags (terminal localisable) avec pile et d’un ou plusieurs capteurs  Fréquence Entre 30 et 120 Hz  Portée Inférieure à 20 mètres  Coûts • Tag : non disponible • Point d'accès / Borne : non disponible RTLS Méthode(s) Précision(s) Non / / + Consommation modérée, précision de localisation, faibles coûts - Portée faible, sensible aux obstacles, capteurs spécifiques i Vérifier la visibilité du tag par rapport aux capteurs Page N°15 ETIC Consulting&Developpement
  • 16. Géolocalisation > Technologie DECT-DPS DECT : (Digital European Cordless Telephone). Norme européenne de téléphone sans fil numérique utilisant la compression, de meilleure qualité que le système analogique, et assurant la confidentialité des communications – DPS (DECT Positioning System)  Structure Composée d'un module (ou téléphone) DECT avec batterie, d’une ou plusieurs antennes DECT et d'un contrôleur  Fréquence 1880-1900 MHz  Portée Plusieurs centaines de mètres  Coûts • Module/Téléphone DECT (compatible DSP): entre 500 et 1K€ • Répétiteur DECT : entre 150 € et 500 € RTLS Méthode(s) Précision(s) Non statique Entre 5 et 15 mètres + Réseau existant (utilisable pour le positionnement et les communications vocales), précision de localisation, protocole normé, capacité de localisation (+100K utilisateurs) - Localisation temps-réel délicate, pas ou peu de modules spécifiques, coût du module i Vérifier l’existence de terminaux existants et leur compatibilité Page N°16 ETIC Consulting&Developpement
  • 17. Synthèse des technologies Technologie Fréquence(s) Portée RTLS Coûts (Tag/Borne) Av antages Inconvénients Précautions 125 Khz, 13.56 1 à 35m Oui entre 0,2 et 3 € Pas d’énergie Portée Volume RFID passive Mhz, 800 à 960 entre 0,5 et 5 K€ Précision Réseau spécifique Fréquence Mhz Coûts Sensible enviro. Pas de norme 433 Mhz, 800 à 10m à + km Oui entre 15 et 80 € Consommation Coûts Volume RFID active 960 Mhz, 2.4 entre 0,5 et 3 K€ Précision Réseau spécifique Fréquence Ghz Portée Sensible enviro. Pas de norme 2.4GHz / 5GHz 10 à 100m Oui entre 30 et 100 € Réseau existant Consommation Compatibilité Wifi entre 3 et 5 K€ Précision Taille Volume Protocople Coûts Logistique Piratage 2.4GHz 10 à 100m Oui entre 15 et 50 € Réseau existant Précision Volume Bluetooth entre 0,2 et 2 K€ Précision Réseau spécifique Logistique Protocople Piratage Emplacement 868 Mhz, 914 20 à 100m Oui entre 15 et 50 € Consommation Taille Volume Zigbee Mhz et 2.4 GHz entre 1 et 2 K€ Précision Réseau spécifique Emplacement Protocople  Portée Pérennit é De 3.1 à 10.6 50m Oui entre 20 et 40 € Consommation Fréquences Réseau existant UWB GHz autour de 0,2 K€ Précision Réseau spécifique Validation terrain Coûts Recul 20 Khz 10 à 30m Oui entre 15 et 200 € Consommation Coûts  Emplacement Ultrasons entre 0,5 et 1 K€ Précision Sensible enviro.  Infrastructure Echos Entre 30 et 120 - de 20m Non ?????????????? Consommation Portée Visibilité Infrarouge Hz Précision Sensibilité Coûts Réseau spécifique 1880-1900 Mhz + de100m Non entre 0,5 et 1 K€ Réseau existant Coûts Existant DECT entre 150 et 500 € Précision Disponibilité Capacités Pas de RTLS Page N°17 ETIC Consulting&Developpement
  • 18. Interférences possibles avec le matériel et le corps humain  Des fréquences normées et limitées en puissance, peu d’études médicales, mais des faits contradictoires … Technologie Fréquence(s) Portée 125 Khz, 13.56 Mhz,  Tags sans émission (pas de batterie), inoffensifs pour le matériel et pour le corps humain RFID passive 800 à 960 Mhz  Antennes et lecteurs à faible portée, à des puissances faibles  Implantation sous la peau déconseillée 433 Mhz, 800 à 960  Implantation sous la peau déconseillée RFID active Mhz, 2.4 Ghz  Pas d’interférence avec les stimulateurs cardiaques (pacemakers) ou les défibrillateurs  Puissance maximale limitée et faible 2.4 Ghz / 5Ghz  Puissance maximale limitée à 100 mW > pas d’exposition supérieure constatée au-delà des Wifi limites définies par la réglementation  Fréquence élevée (~2400 MHz), pénétrant peu dans l’organisme (voir OMS)  Maux de tête, vertiges, fatigue constatés 2.4 Ghz  Puissance maximale limitée à 2 mW > pas d’exposition supérieure constatée au-delà des Bluetooth limites définies par la réglementation  Fréquence élevée (~2400 MHz), pénétrant peu dans l’organisme. 868 Mhz, 914 Mhz et Pas d’infos disponibles… Zigbee 2.4 Ghz De 3.1 à 10.6 Ghz Pas d’infos disponibles… UWB 20 Khz  Pas d’interférences constatées avec le matériel. Ultrasons  Volume d’émission faible, sans risques pour le corps humain. Entre 30 et 120 Hz  Pas d’interférences constatées avec le matériel ou le corps humain Infrarouge 1880-1900 Mhz  Interférences possibles sur la bande 2,4GHz ou 5GHz. Rayonnement fort DECT  Maux de tête, vertiges, fatigue constatés Page N°18 ETIC Consulting&Developpement
  • 19. Couplage des technologies • Badges RFID + Infrarouge – Infrarouge pour une localisation « room-level », difficile avec la RFID – RFID pour émettre des signaux d’alerte à travers les murs, impossible avec l’IR • Tags RFID + Wifi – Wifi pour l’exploitation du réseau, les performances et le protocole normé – RFID pour la faible consommation et la taille du tag • Tags RFID active + RFID passive – RFID pour des lectures précises à courte portée (contrôle d’accès, etc…) – RFID active pour la portée et la capacité RTLS • Bornes RFID active + Wifi – Wifi pour l’exploitation du réseau – RFID active pour exploiter les bornes du réseau Wifi, sans déploiement spécifique  Avantages Inconvénients  Exploitation des points forts de chaque technologie  Peu de matériels disponibles en standard  Réponse à plusieurs besoins avec un seul matériel  Multiplication possible des protocoles à utiliser et des réseaux à déployer  Dépendance vis-à-vis d’un constructeur Page N°19 ETIC Consulting&Developpement