Solutions de geo localisation

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Solutions de geo localisation

  1. 1. http://www.etic-consulting.fr Pour une meilleure Efficacite des T.I.C.Solutions de géo localisation Au centre du cycle Projet
  2. 2. Qu’est ce que la géolocalisation indoor ?  Localisation dun élément (objet, personne) sur une carte à laide 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 daccès > 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°2ETIC Consulting&Developpement
  3. 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°3ETIC Consulting&Developpement
  4. 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°4ETIC Consulting&Developpement
  5. 5. Méthodes de géolocalisation > dynamique > RSSI  Mesurer les puissances des signaux reçus des bornes / points daccès • La borne est capable de fournir une mesure de signal à la réception dun paquet, en recoupant les mesures faites pour des paquets venant de différents points daccès, il est possible destimer la position où elle se trouve. • Première phase > constitution dune carte dempreintes des Portée puissances du signal par enregistrement en diverses positions à travers lenvironnement (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 dempreintes des puissances par enregistrement en plusieurs points de lespace (calibrage)  Carte "invalide" si environnement changeant (cloisons amovibles) Page N°5ETIC Consulting&Developpement
  6. 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°6ETIC Consulting&Developpement
  7. 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°7ETIC Consulting&Developpement
  8. 8. Géolocalisation > Technologie RFID passive RFID passive : (Radio Frequency Identification) Technologie didentification 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 daccès / 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°8ETIC Consulting&Developpement
  9. 9. Géolocalisation > Technologie RFID active RFID active : (Radio Frequency Identification) Technologie didentification 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 daccès / 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°9ETIC Consulting&Developpement
  10. 10. Géolocalisation > Technologie WiFi WiFi : technologie de réseau informatique sans fil mise en place pour fonctionner en réseau interne. Elle est aussi un moyen daccès 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 daccès / 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°10ETIC Consulting&Developpement
  11. 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 daccès / 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°11ETIC Consulting&Developpement
  12. 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 daccès / 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°12ETIC Consulting&Developpement
  13. 13. Géolocalisation > Technologie Ultrasons Ultrason : Son dont la fréquence est supérieure à 20 000 Hz. Lécholocation consiste à envoyer des sons à diverses fréquences et à les récupérer. La durée prise pour que londe 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 daccès / 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°13ETIC Consulting&Developpement
  14. 14. Géolocalisation > Technologie UWB UWB : (Ultra Wide Band) Technique de modulation radio qui est basée sur la transmission dimpulsions 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 daccès / 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°14ETIC Consulting&Developpement
  15. 15. Géolocalisation > Technologie Infrarouge Infrarouge : Rayonnement électromagnétique ou radio dune longueur donde 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 daccès / 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°15ETIC Consulting&Developpement
  16. 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 dun module (ou téléphone) DECT avec batterie, d’une ou plusieurs antennes DECT et dun 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°16ETIC Consulting&Developpement
  17. 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°17ETIC Consulting&Developpement
  18. 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°18ETIC Consulting&Developpement
  19. 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°19ETIC Consulting&Developpement

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