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
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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
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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
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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)
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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)
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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