Critères des systèmes de localisation

2.2.1 Environnement de localisation

Les systèmes de localisation sont adaptés à la nature de l’espace d’intérêt et à ses dimensions. Deux principaux types d’environnements sont identifiés ; 1) espaces ouverts avec des conditions de propagation en LOS, où un trajet direct est généralement existant, 2) espaces confinés avec des conditions de propagation en NLOS et en présence du phénomène de propagation multi- trajets occasionnées par les obstacles. Les techniques de triangulation sont plus adaptées aux environnements extérieurs et de longue étendue. Les systèmes de géolocalisation satellitaires fournissent une précision et une disponibilité adéquates dans les zones rurales et faiblement urbanisés. Dans les zones confinées ou fortement urbaines, la majorité des systèmes se basent sur les infrastructures des WNs existantes ou déployées pour cette activité. Les techniques basées sur l’analyse de situation sont les plus couramment utilisées dans les espaces confinés. La localisation consiste souvent à déterminer la position d’une cible dans un espace à deux dimensions, l’élévation semble relever de l’évidence (p. ex. surface de la terre). Dans certaines situations, l’estimation de l’élévation est aussi importante que les coordonnées horizontales. Il

s’agit alors d’un espace de localisation 3D tel que le cas de localisation dans les MFBs.

2.2.2 Précision de localisation

Selon la nature de l’application et les dimensions de la zone d’intérêt, la précision requise peut varier entre quelques centimètres et des dizaines voire des centaines de mètres. Une précision de l’ordre de trois mètres est excellente pour localiser une personne ou un objet dans une ville. Alors que ce même niveau de précision est inacceptable dans une application permettant à des robots de se déplacer de manière autonome dans une maison. La précision dépend aussi des équipements utilisés pour la localisation. Un système qui utilise des outils additionnels de détection de mouvement (accélération ou rotation) permet une meilleure précision qu’un système basé uniquement sur la puissance ou le temps d’arrivée des signaux par exemple. Toutefois, la précision retournée par les RTLS basés sur les technologies sans-fil est le critère à améliorer pour répondre à des exigences plus sévères, d’où le grand nombre de travaux qui s’intéressent à ce problème.

2.2.3 Localisation ascendante ou descendante

Deux approches différentes sont possibles pour implémenter les systèmes de localisation. Dans l’approche ascendante, le nœud mobile émet des signaux qui seront captés et analysés par des stations de référence. Ces données seront ensuite convergées vers une station centrale qui se charge du calcul de la position. Les techniques de localisation basées sur la triangulation à partir de la mesure de l’AOA des signaux utilisent cette approche. Dans l’approche descendante, le mobile reçoit des signaux venant des stations de référence qu’il interprète à son propre niveau pour calculer sa position. Le GPS utilise cette approche. De façon générale, les systèmes et les techniques de localisation peuvent être implémentées selon l’une ou l’autre approche. Toutefois, une étude sur l’adéquation des deux architectures de localisation est à prendre en compte. Dans l’architecture descendante, le calcul de la position s’effectue sur une plateforme embarquée avec les équipements du nœud mobile. Il est donc nécessaire de : 1) équiper cette plateforme d’un processeur et d’un espace mémoire suffisant pour effecteur les calculs nécessaires et assurer son autonomie en énergie, 2) réduire le volume de données à traiter et la complexité des algorithmes de localisation pour diminuer le temps de calcul de la position, la plus proche possible de la position courante du nœud mobile.

2.2.4 Position absolue / position relative / position symbolique

La position absolue est définie en termes de latitude, longitude et altitude. Ces coordonnées permettent de référencer universellement une position géographique sur la terre. La position relative permet de positionner un objet par rapport à des positions de référence. La position relative est définie par des coordonnées dans un repère cartésien généralement orthonormé et centré sur le point bas gauche de la zone d’intérêt. Ce dernier type est très utilisé dans les environnements confinés et il est souvent plus significatif que la position absolue pour certains types d’application (p. ex. localisation d’un robot dans son environnement ou localisation d’un objet dans un entrepôt). Une position symbolique est représentée par une région sémantique, une zone significativement plus petite que la totalité de la zone d’intérêt qui remplit une fonction différente de ces voisines. Selon l’application, le type de position sélectionné doit permettre de porter l’information utile et satisfaisante pour la localisation.

2.2.5 Ressources

Coût : Les coûts de déploiement et d’entretien des RTLS dans les milieux confinés non GPS

sont très variés. Les systèmes les moins coûteux sont ceux basés sur l’infrastructure existante, où les cibles sont supposées équipées de dispositifs radio adéquats. L’utilisation d’une infrastructure dédiée ou des équipements sophistiqués (p. ex. gyroscope, accéléromètre, caméra ou des capteurs laser) améliore la précision de localisation mais augmente le coût du système. Le type de la méthode de localisation utilisée influence aussi le coût total de la solution. Par exemple, le coût d’entretien des systèmes basés sur les méthodes géométriques est moins élevé que ceux basés sur l’analyse de situation.

Les deux critères suivants sont plus critiques du côté du nœud mobile dans une approche de localisation descendante.

Énergie : Lorsque le RTLS s’appuie sur des équipements sophistiqués (p. ex. odométrie)

embarqués sur la plateforme du nœud mobile, une attention particulière doit être portée à l’égard de ressources en énergie disponibles. Les RTLS basés uniquement sur la communication sans- fil représentent une alternative pour minimiser la consommation d’énergie de manière qu’elle soit assurée par des batteries ou des plaques solaires.

Capacité et temps de calcul : De manière similaire, lorsque le calcul de la position s’effectue

au niveau du nœud mobile, la plateforme doit disposer d’un processeur et d’une mémoire suffisante pour traiter les données et exécuter les calculs nécessaires. Les méthodes géométriques utilisées par les RTLS basés sur les WNs sont simples et rapide à exécuter. Les méthodes probabilistes, utilisées comme algorithmes de jumelage avec les méthodes d’analyse de scène, sont plus complexes. La réduction de l’ordre de complexité du calcul est avantageuse en termes de capacités de calcul et temps de calcul. En effet, une fréquence de localisation supérieure ou égale à 1Hz améliore la performance de poursuite des cibles mobiles.

2.2.6 Avantages et limitations

Ci-dessous les principaux avantages et inconvénients d’un RTLS basé sur l’infrastructure du WN existante, de manière générale et sans considérations spécifiques par rapport à l’environnement ou les paramètres des signaux utilisés pour la localisation.

Les avantages :

- Un système omniprésent, non intrusif et de faible coût qui promet un déploiement effectif pour les applications grand public. La profusion des WNs dans les lieux publics et la popularité des téléphones intelligents appuient cette hypothèse et étendent la disponibilité du service.

- Facilité d’intégrer ce système de localisation avec les applications utiles telles que les LBS et les applications ITS.

- Le système est indifférent à l’éclairage du site (jour ou nuit) et peu influencé par les conditions météorologiques.

- Disponibilité des modèles de propagation d’ondes pour différents types d’environnements et pour plusieurs technologies sans-fil selon la fréquence et la puissance d’émission considérées.

- Potentiel d’obtenir une précision satisfaisante à plusieurs applications avec un minimum de ressources.

Les inconvénients :

- Le système détecte seulement les nœuds qui disposent d’équipements fonctionnels capables de communiquer avec le réseau sans-fil, contrairement aux systèmes existants (p. ex. Radar,

LiDAR, GPS) qui permettent de localiser tout objet fixe ou mobile dans le champ de perception.

- Le système dépend de l’existence du réseau sans-fil, contrairement aux réseaux satellitaires qui couvre la totalité de la terre.

- Les méthodes géométriques retournent des résultats imprévisibles lorsqu’un obstacle se met sur le trajet direct entre émetteur et récepteur.

- Les modèles de propagation se basent sur des paramètres de propagation d’ondes dans le site, considérés connus à priori, mais qui peuvent changer au cours du temps.

- La performance du système de localisation diminue dans les conditions d’environnements trop dynamiques et de propagation multi-trajets sévère.

Plusieurs travaux de recherche s’intéressent à l’étude de ces trois derniers problèmes afin de réduire leurs effets négatifs et d’accroitre l’efficacité du système de localisation.