Solutions de geo localisation

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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

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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

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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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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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> 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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> 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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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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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 €


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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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
• Point d'accès / Borne : entre 2 et 5 K€


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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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

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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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
 Coûts
• Point d'accès / Borne : entre 1 et 2 K€

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

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
 Coûts


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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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
• Point d'accès / Borne : environ 0,2 K€


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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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


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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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 €


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

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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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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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

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