Solutions de geo localisation
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Pour une meilleure Efficacite des T.I.C.
http://www.etic-consulting.fr
Solutions de géo localisation
Au centre du cycle Projet
ETIC Consulting&Developpement Page N°2
Qu’est ce que la géolocalisation indoor ?
Localisation d'un élément (objet, personne) sur une carte à l'aide de positionsgéographiques
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 (ReceivedSignal 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
ETIC Consulting&Developpement Page N°3
Méthodes de géolocalisation > statique
Déterminer la position à un instant précis T
Avantages
Coordonnées de localisation précises
Lectures fiables
• La détection se fait à faible distance
Inconvénients
Pas de suivi en temps-réel
Position inconnue entre deux localisations
Déploiement complexe si besoin de forte
couverture
ETIC Consulting&Developpement Page N°4
Méthodes de géolocalisation >
dynamique > cellule
Portée
A
B
C
A) Précision égale à la portée d’une borne (‘Cell-ID’)
B) Précision égale à la surface d’intersection entre deux bornes
C) Précision égale à la surface d’intersection entre trois bornes (‘Triangulation’)
Déterminer la surface d’intersection la plus petite entre plusieurs bornes
Avantages
Pas ou peu de calibrage
Pas besoin de bornes spécifiques
Inconvénients
Précision faible
Impossibilité de déterminer la position dans la surface d’intersection
ETIC Consulting&Developpement Page N°5
Méthodes de géolocalisation > dynamique
> RSSI
• 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
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
de données (couverture radio)
Mesurer les puissances des signaux reçus des bornes / points d'accès
Avantages
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)
Portée
ETIC Consulting&Developpement Page N°6
Méthodes de géolocalisation > dynamique
> TDOA
• 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
Mesurer le temps de propagation des ondes
Avantages
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)
T1
T2
T3
ETIC Consulting&Developpement Page N°7
Méthodes de géolocalisation > dynamique
> AOA
• 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
• Les trois angles permettent (par triangulation) de déterminer une
position géographique
Mesurer l’angle d’arrivée des ondes radio
Avantages
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)
A1
A3
A2
ETIC Consulting&Developpement Page N°8
Géolocalisation > Technologie RFID passive
+ 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
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
RFID passive : (Radio Frequency Identification) Technologie d'identification utilisant la
communication par radio. Normes ISO (14443 Proximity cards, 15693 Vicinity cards)
ETIC Consulting&Developpement Page N°9
Géolocalisation > Technologie RFID active
+ 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
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
TDOA
Entre 3 et 10 mètres
Inférieure à 1 mètre
RFID active : (Radio Frequency Identification) Technologie d'identification utilisant la
communication par radio. Normes 18000-X
ETIC Consulting&Developpement Page N°10
Géolocalisation > Technologie WiFi
+ 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
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
TDOA
Entre 3 et 5 mètres (suivant le nombre de
bornes)
Inférieure à 2 mètres
ETIC Consulting&Developpement Page N°11
Géolocalisation > Technologie Bluetooth
+ 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
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
TDOA
Inférieure à 1 mètre (suivant le nombre de
bornes)
Inférieure à 1 mètre
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
ETIC Consulting&Developpement Page N°12
Géolocalisation > Technologie ZigBee
+ 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
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
TDOA
Entre 3 et 5 mètres (suivant le nombre de
bornes)
Inférieure à 2 mètres (suivant le nombre de
bornes)
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).
ETIC Consulting&Developpement Page N°13
Géolocalisation > Technologie Ultrasons
+ 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
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
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
ETIC Consulting&Developpement Page N°14
Géolocalisation > Technologie UWB
+ 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
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
AOA
Inférieure à 30 cm (mode 3D)
Inférieure à 30 cm (mode 3D)
UWB : (Ultra Wide Band) Technique de modulation radio qui est basée sur la transmission
d'impulsions de très courte durée
ETIC Consulting&Developpement Page N°15
Géolocalisation > Technologie Infrarouge
+ Consommation modérée, précision de localisation, faibles coûts
- Portée faible, sensible aux obstacles, capteurs spécifiques
i Vérifier la visibilité du tag par rapport aux capteurs
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 / /
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
ETIC Consulting&Developpement Page N°16
Géolocalisation > Technologie DECT-DPS
+ 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
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
DECT : (Digital European Cordless Telephone). Norme européenne de téléphone sans filnumérique utilisant la compression, de meilleure qualité que le système analogique, etassurant la confidentialité des communications – DPS (DECT Positioning System)
ETIC Consulting&Developpement Page N°17
Synthèse des technologies
Volume
Fréquence
Portée
Réseau spécifique
Sensible enviro.
Pas de norme
Pas d’énergie
Précision
Coûts
entre 0,2 et 3 €
entre 0,5 et 5 K€
Oui1 à 35m125 Khz, 13.56 Mhz, 800 à 960
Mhz
RFID passive
Volume
Fréquence
Coûts
Réseau spécifique
Sensible enviro.
Pas de norme
Consommation
Précision
Portée
entre 15 et 80 €
entre 0,5 et 3 K€
Oui10m à + km433 Mhz, 800 à960 Mhz, 2.4
Ghz
RFID active
Existant Coûts
Disponibilité
Pas de RTLS
Réseau existant
Précision
Capacités
entre 0,5 et 1 K€
entre 150 et 500 €
Non+ de100m1880-1900 MhzDECT
VisibilitéPortée
Sensibilité
Réseau spécifique
Consommation
Précision
Coûts
??????????????Non- de 20mEntre 30 et 120 HzInfrarouge
Coûts
Sensible enviro.
Echos
Fréquences
Réseau spécifique
Recul
Taille
Réseau spécifique
Portée
Précision
Réseau spécifique
Piratage
Consommation
Taille
Coûts
Piratage
Inconvénients
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
RTLS
entre 15 et 200 €
entre 0,5 et 1 K€
entre 20 et 40 €
autour de 0,2 K€
entre 15 et 50 €
entre 1 et 2 K€
entre 15 et 50 €
entre 0,2 et 2 K€
entre 30 et 100 €
entre 3 et 5 K€
Coûts (Tag/Borne)
Consommation
Précision
Consommation
Précision
Coûts
Consommation
Précision
Protocople
Réseau existant
Précision
Protocople
Réseau existant
Précision
Protocople
Avantages
10 à 30m
50m
20 à 100m
10 à 100m
10 à 100m
Portée
Réseau existant
Validation terrain
De 3.1 à 10.6 GHz
UWB
Emplacement
Infrastructure
20 KhzUltrasons
Volume
Emplacement
Pérennité
868 Mhz, 914 Mhz et 2.4 GHz
Zigbee
Volume
Logistique
Emplacement
2.4GHzBluetooth
Compatibilité
Volume
Logistique
2.4GHz / 5GHzWifi
PrécautionsFréquence(s)Technologie
Volume
Fréquence
Portée
Réseau spécifique
Sensible enviro.
Pas de norme
Pas d’énergie
Précision
Coûts
entre 0,2 et 3 €
entre 0,5 et 5 K€
Oui1 à 35m125 Khz, 13.56 Mhz, 800 à 960
Mhz
RFID passive
Volume
Fréquence
Coûts
Réseau spécifique
Sensible enviro.
Pas de norme
Consommation
Précision
Portée
entre 15 et 80 €
entre 0,5 et 3 K€
Oui10m à + km433 Mhz, 800 à960 Mhz, 2.4
Ghz
RFID active
Existant Coûts
Disponibilité
Pas de RTLS
Réseau existant
Précision
Capacités
entre 0,5 et 1 K€
entre 150 et 500 €
Non+ de100m1880-1900 MhzDECT
VisibilitéPortée
Sensibilité
Réseau spécifique
Consommation
Précision
Coûts
??????????????Non- de 20mEntre 30 et 120 HzInfrarouge
Coûts
Sensible enviro.
Echos
Fréquences
Réseau spécifique
Recul
Taille
Réseau spécifique
Portée
Précision
Réseau spécifique
Piratage
Consommation
Taille
Coûts
Piratage
Inconvénients
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
RTLS
entre 15 et 200 €
entre 0,5 et 1 K€
entre 20 et 40 €
autour de 0,2 K€
entre 15 et 50 €
entre 1 et 2 K€
entre 15 et 50 €
entre 0,2 et 2 K€
entre 30 et 100 €
entre 3 et 5 K€
Coûts (Tag/Borne)
Consommation
Précision
Consommation
Précision
Coûts
Consommation
Précision
Protocople
Réseau existant
Précision
Protocople
Réseau existant
Précision
Protocople
Avantages
10 à 30m
50m
20 à 100m
10 à 100m
10 à 100m
Portée
Réseau existant
Validation terrain
De 3.1 à 10.6 GHz
UWB
Emplacement
Infrastructure
20 KhzUltrasons
Volume
Emplacement
Pérennité
868 Mhz, 914 Mhz et 2.4 GHz
Zigbee
Volume
Logistique
Emplacement
2.4GHzBluetooth
Compatibilité
Volume
Logistique
2.4GHz / 5GHzWifi
PrécautionsFréquence(s)Technologie
ETIC Consulting&Developpement Page N°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 …
Tags sans émission (pas de batterie), inoffensifs pour le matériel et pour le corps humain
Antennes et lecteurs à faible portée, à des puissances faibles
Implantation sous la peau déconseillée
125 Khz, 13.56 Mhz, 800 à 960 Mhz RFID passive
Implantation sous la peau déconseillée
Pas d’interférence avec les stimulateurs cardiaques (pacemakers) ou les défibrillateurs
Puissance maximale limitée et faible
433 Mhz, 800 à 960 Mhz, 2.4 GhzRFID active
Interférences possibles sur la bande 2,4GHz ou 5GHz. Rayonnement fort
Maux de tête, vertiges, fatigue constatés
1880-1900 MhzDECT
Pas d’interférences constatées avec le matériel ou le corps humainEntre 30 et 120 HzInfrarouge
Pas d’interférences constatées avec le matériel.
Volume d’émission faible, sans risques pour le corps humain.
Pas d’infos disponibles…
Pas d’infos disponibles…
Puissance maximale limitée à 2 mW > pas d’exposition supérieure constatée au-delà des limites définies par la réglementation
Fréquence élevée (~2400 MHz), pénétrant peu dans l’organisme.
Puissance maximale limitée à 100 mW > pas d’exposition supérieure constatée au-delà des limites définies par la réglementation
Fréquence élevée (~2400 MHz), pénétrant peu dans l’organisme (voir OMS)
Maux de tête, vertiges, fatigue constatés
Portée
De 3.1 à 10.6 GhzUWB
20 KhzUltrasons
868 Mhz, 914 Mhz et 2.4 GhzZigbee
2.4 GhzBluetooth
2.4 Ghz / 5GhzWifi
Fréquence(s)Technologie
Tags sans émission (pas de batterie), inoffensifs pour le matériel et pour le corps humain
Antennes et lecteurs à faible portée, à des puissances faibles
Implantation sous la peau déconseillée
125 Khz, 13.56 Mhz, 800 à 960 Mhz RFID passive
Implantation sous la peau déconseillée
Pas d’interférence avec les stimulateurs cardiaques (pacemakers) ou les défibrillateurs
Puissance maximale limitée et faible
433 Mhz, 800 à 960 Mhz, 2.4 GhzRFID active
Interférences possibles sur la bande 2,4GHz ou 5GHz. Rayonnement fort
Maux de tête, vertiges, fatigue constatés
1880-1900 MhzDECT
Pas d’interférences constatées avec le matériel ou le corps humainEntre 30 et 120 HzInfrarouge
Pas d’interférences constatées avec le matériel.
Volume d’émission faible, sans risques pour le corps humain.
Pas d’infos disponibles…
Pas d’infos disponibles…
Puissance maximale limitée à 2 mW > pas d’exposition supérieure constatée au-delà des limites définies par la réglementation
Fréquence élevée (~2400 MHz), pénétrant peu dans l’organisme.
Puissance maximale limitée à 100 mW > pas d’exposition supérieure constatée au-delà des limites définies par la réglementation
Fréquence élevée (~2400 MHz), pénétrant peu dans l’organisme (voir OMS)
Maux de tête, vertiges, fatigue constatés
Portée
De 3.1 à 10.6 GhzUWB
20 KhzUltrasons
868 Mhz, 914 Mhz et 2.4 GhzZigbee
2.4 GhzBluetooth
2.4 Ghz / 5GhzWifi
Fréquence(s)Technologie
ETIC Consulting&Developpement Page N°19
Couplage des technologies
Avantages Exploitation des points forts de chaque technologie
Réponse à plusieurs besoins avec un seul matériel
• 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
Inconvénients Peu de matériels disponibles en standard
Multiplication possible des protocoles à utiliser et des réseaux à déployer
Dépendance vis-à-vis d’un constructeur