Conception d’un capteur de signaux Wi-Fi et Bluetooth. Quelles sont les applications possibles d’un tel dispositif ?

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Conception d’un capteur de signaux Wi-Fi et Bluetooth.

Quelles sont les applications possibles d’un tel dispositif ?

Emmanuelle Hervouet

To cite this version:

Emmanuelle Hervouet. Conception d’un capteur de signaux Wi-Fi et Bluetooth. Quelles sont les applications possibles d’un tel dispositif ?. Gestion et management. 2015. �dumas-01900845�

1

Sous la direction de :

M. Martin CHOURROUT : tuteur entreprise

M. Patrick BONNEL : tuteur technique

Mme. Christine BUISSON : experte

Soutenance du 08.09.2015

Conception d’un capteur de signaux Wi-Fi et

Bluetooth

Quelles sont les applications possibles d’un tel dispositif ?

Mémoire diplômes :

Master professionnel Transport Urbains et Régionaux de Personnes – Promotion 23

ENTPE, VA Transport – Promotion 60

Présenté par :

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R

EMERCIEMENTS

Je souhaite adresser mes remerciements les plus sincères aux personnes qui m'ont apporté leur aide, et qui ont contribué au bon déroulement de mon stage au sein d’Explain. Mes remerciements s’adressent tout d’abord à Monsieur Pierre Odent, Président de la société Explain, pour sa disponibilité au quotidien, malgré ses charges professionnelles.

Je souhaite également remercier sincèrement mon maître de stage, Monsieur Martin Chourrout, Responsable de l’agence de Montreuil, qui m’a permis d’effectuer ce stage au sein de son équipe.

J’adresse aussi mes remerciements à tous les collaborateurs d’Explain pour leur accueil très chaleureux, créant ainsi un climat et un cadre de travail très agréables durant mon stage. Ils se sont toujours montrés à l’écoute et très disponibles. En acceptant de répondre à mes questions avec une grande compréhension, ils m’ont permis d’acquérir de nouvelles connaissances, qui seront profitables dans mon futur professionnel.

Je remercie tout particulièrement Monsieur Nicolas Mony, Expert des capteurs chez Explain, sans qui je n’aurais pu réaliser ce mémoire.

Enfin, je souhaite remercier l’ensemble de l’équipe pédagogique de l’ENTPE et du Master TURP, pour leur encadrement tout au long de cette expérience.

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F

ICHE BIBLIOGRAPHIQUE

[Intitulé du diplôme]

Master Professionnel Transports Urbains et Régionaux de Personnes (TURP)

[Tutelles]

Université Lumière Lyon 2

Ecole Nationale des Travaux Publics de l'Etat (ENTPE)

[Titre]

Conception d’un capteur de signaux Wi-Fi et Bluetooth

[Sous-titre]

Quelles sont les applications possibles d’un tel dispositif ?

[Auteur]

Emmanuelle Hervouet

[Membres du Jury (nom et affiliation)]

M. Patrick Bonnel, tuteur académique Mme Christine Buisson, experte M. Martin Chourrout, tuteur entreprise

[Nom et adresse du lieu du stage]

Explain Consultancy

104 Avenue de la Résistance 93 100 Montreuil

[Résumé]

Avec le développement des nouvelles technologies, de plus en plus d’objets sont aujourd’hui connectés via des interfaces Wi-Fi et Bluetooth. Dans l’objectif de réaliser des enquêtes de déplacement, Explain, bureau d’étude spécialisé dans la planification des transports, souhaite exploiter ces technologies en développant un capteur de signaux Wi-Fi et Bluetooth. Dans le présent rapport, nous chercherons à évaluer quelles sont les applications possibles en termes d’enquêtes via ce dispositif. Pour ce faire, un état de l’art de ce type de système a été élaboré, afin d’appréhender ses capacités et le champ des applications possibles. Puis, après une présentation détaillée des caractéristiques du prototype de capteur développé par Explain, nous montrerons les résultats et évaluerons la cohérence de deux enquêtes qui ont été réalisées.

[Mots clés]

Enquête, capteur, Wi-Fi, Bluetooth, prototype, innovation

Diffusion :

 papier : [oui/non]*  électronique : [oui/non]*

(* : Rayer la mention inutile)

Confidentiel jusqu'au : 29/08/18 [Date de publication] 29/08/15 [Nombre de pages] 76 [Bibliographie (nombre)] 36

5 [Entitled of Diploma]

Master Degree Diploma in Urban and Regional Passenger Transport Studies

[Supervision by authorities]

Université Lumière Lyon 2

Ecole Nationale des Travaux Publics de l'Etat (ENTPE)

[Title]

Design of a Wi-Fi and Bluetooth sensor

[Subtitle]

What are the possible applications of this device?

[Author]

Emmanuelle Hervouet

[Members of the Jury (name and affiliation)]

Mr. Patrick Bonnel, academic supervisor Mrs. Christine Buisson, expert

Mr. Martin Chourrout, company tutor

[Place of training]

Explain

104 Avenue de la Résistance 93 100 Montreuil

[Summary]

With the development of new technologies, more and more devices are equipped with Wi-Fi and Bluetooth connection. In order to carry out mobility surveys, Explain, engineering consulting firm specialized in transport planning, tried to benefit from the input of these technologies by developing a Wi-Fi and Bluetooth sensor. In this report, we will evaluate what the possible applications of this device could be. To do it, a state of art of this type of device is made in the first chapter of this report to understand the field of possible applications. Then, after a detailed presentation of the characteristics of the sensor’s prototype developed by Explain, we will show the results and evaluate the coherence of two surveys which were conducted.

[Key Words]

Survey, sensor, Wi-Fi, Bluetooth, prototype, innovation

Distribution statement :  Paper : [yes / no]*

 Electronic : [yes / no]*

(* Scratch the useless mention)

Declassification date : 29/08/18 [Publication date] 29/08/15 [Nb of pages] 76 [Bibliography] 36

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OTICE ANALYTIQUE

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Quelles sont les applications possibles d’un tel dispositif ?

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TFE

104 Avenue de la Résistance 93 100 Montreuil

CHOURROUT Martin

Directeur de l’agence de Montreuil

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76 Nbre d’annexes (Nbre de pages) 3 (3 pages) Nbre de réf. biblio. 36

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aujourd’hui connectés via des interfaces Wi-Fi et Bluetooth. Dans l’objectif de réaliser des enquêtes de déplacement, Explain, bureau d’étude spécialisé dans la planification des transports, souhaite exploiter ces technologies en développant un capteur d’adresses Wi-Fi et Bluetooth. Dans le présent rapport, nous chercherons à évaluer quelles sont les applications possibles en termes d’enquêtes via ce dispositif. Pour ce faire, un état de l’art de ce type de système a été élaboré, afin d’appréhender ses capacités et le champ des applications possibles. Puis, après une présentation détaillée des caractéristiques du prototype de capteur développé par Explain, nous montrerons les résultats et évaluerons la cohérence de deux enquêtes qui ont été réalisées.

ABSTRACT

equipped with Wi-Fi and Bluetooth connection. In order to carry out mobility surveys, Explain, engineering consulting firm specialized in transport planning, tried to benefit from the input of these technologies by developing a Wi-Fi and Bluetooth sensor. In this report, we will evaluate what the possible applications of this device could be. To do it, a state of art of this type of device is made in the first chapter of this report to understand the field of possible applications. Then, after a detailed presentation of the characteristics of the sensor’s prototype developed by Explain, we will show the results and evaluate the coherence of two surveys which were conducted.

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OMMAIRE

CHAPITRE I. ETAT DE L’ART : UTILISATION DES CAPTEURS DE SIGNAUX WI-FI ET/OU BLUETOOTH DANS LE CADRE D’ENQUETES DE DEPLACEMENTS ... 13

I. DEFINITIONS PREALABLES ... 13

II. CAPTEURS D’ADRESSES WI-FI ET/OU BLUETOOTH :PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT ET CARACTERISTIQUES ... 17

III. ETAT DE L’ART DES APPLICATIONS POSSIBLES ET MARCHE EXISTANT ... 24

IV. SYNTHESE, AVANTAGES ET PROBLEMATIQUES LIES A L’UTILISATION DE CES TECHNOLOGIES ... 29

CHAPITRE II. PRESENTATION DU PROJET D’EXPLAIN ... 33

I. PRESENTATION DE LA PREMIERE VERSION DU PROTOTYPE (04/15) ... 34

II. EVOLUTION TECHNIQUE DU PROTOTYPE ... 41

III. SYNTHESE : FICHE TECHNIQUE ... 43

CHAPITRE III. LE CAPTEUR DEVELOPPE PAR EXPLAIN : PRESENTATION DE DEUX APPLICATIONS ... 45

I. ENQUETE DES MOUVEMENTS TOURNANTS D’UN GIRATOIRE, LA PLACE FRANÇOIS MITTERRAND (MONTREUIL) ... 46

II. RECONSTITUTION DES MONTEES-DESCENTES D’UNE LIGNE DE BUS,MONTREUIL ... 56

III. LE CAPTEUR EST-IL ADAPTE A CES TYPES D’APPLICATIONS ?–PRISE DE RECUL ... 62

CONCLUSION ... 65

BIBLIOGRAPHIE ... 66

ANNEXES ... 69

ANNEXE 1.PHOTOGRAPHIES DU CAPTEUR ET DE SES PRINCIPAUX COMPOSANTS ... 69

ANNEXE 2.MATRICES TOUS MODES WI-FI ET BLUETOOTH –PLACE FRANÇOIS MITTERRAND ... 70

ANNEXE 3.PLAN DE LA LIGNE 215 ... 71

TABLE DES MATIERES ... 73

LISTE DES ILLUSTRATIONS ... 75

9

I

NTRODUCTION

La connaissance des pratiques de mobilité des individus constitue un outil majeur dans l’élaboration des politiques de transports. Ces dernières années, les méthodes de recueil de données d’enquêtes ont évolué, afin de prendre en compte deux paramètres : la nécessité d’obtenir des informations fiables et suffisamment précises pour nourrir des modèles de plus en plus complexes et l’intégration des nouvelles technologies dans les protocoles d’enquête (web, GPS...).1 _{Par ailleurs,} l’obtention des données de mobilité est prégnante dans le domaine de la planification des transports, ces informations étant la base de toute étude. Par exemple, des missions telles que l’élaboration d’un modèle de simulation, ou encore l’évaluation des pratiques de mobilités sur un territoire s’appuient principalement sur des données d’enquêtes.

Aujourd’hui, il existe plusieurs types d’enquêtes (selon l’échelle du périmètre d’étude), permettant de réunir des informations sur les pratiques de déplacements d’un territoire. Tout d’abord, tous les 10-15 ans, l’Enquête Nationale Transports et Déplacements est réalisée. Les objectifs de cette enquête, dont la dernière s’est déroulée en 2008, sont : « […] la connaissance des déplacements des ménages résidant en France métropolitaine et de leur usage des moyens de transport tant collectifs, qu’individuels » ou encore la réponse « aux questions sur les trafics inter-régionaux ou internationaux

dont les enjeux sont très importants en matière d’investissements »2_.

D’autres enquêtes déplacements sont réalisées sur le territoire à différentes échelles comme les EMD (Enquête Ménages Déplacements), qui représentent un outil de connaissance des pratiques de déplacements de la population urbaine3_{. L’ensemble de ces enquêtes permet d’obtenir des} informations d’une part, sur les caractéristiques socio-démographiques des ménages et des individus, et d’autre part, sur leurs déplacements. Ces enquêtes, réalisées en face à face, sont très couteuses pour les collectivités.

L’optimisation du réseau routier existant est aussi une priorité, et fait donc l’objet de nombreuses études. Les « enquêtes cordons » ou encore les « enquêtes par relevés de plaques minéralogiques » ont pour objectif d’obtenir des informations sur les origines-destinations des individus. De plus, la

1 _{BAYART, Caroline et BONNEL, Patrick. Impact du mode d’enquête sur les comportements de mobilité. Courrier des}

statistiques n°129, juin 2010. Disponible sur :

http://jms.insee.fr/files/documents/2009/69_2-JMS2009_S08-3_BAYART-ACTE.PDF

2 _{MEDDE. Observation et Statistiques – Enquête nationale des transports et déplacements (ENTD) 2008. Mis à jour}

le 08/04/2010 [en ligne]. Disponible sur :

http://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/sources-

methodes/enquete-nomenclature/1543/0/enquete-nationale-transports-deplacements-entd-2008.html?tx_ttnews[catdomaine]=873&cHash=f24bea886e03038682af9a6b45747ad9 – consulté le 10.07.15

3 _{CERTU. Les enquêtes de déplacements – Standard CERTU. Note de présentation, janvier 2013 [en ligne]. Disponible sur :}

10 gestion efficace du trafic nécessite la mise en place de stratégies de régulation dynamiques, avec un recueil de données en temps réel.

Aujourd’hui, la méthode d’enquête la plus répandue pour le réseau routier est l’utilisation du capteur à boucle électromagnétique, permettant d’obtenir des informations telles que le débit, la vitesse ou encore, le taux d’occupation des véhicules4_.

A une échelle plus locale, la connaissance de la localisation des voyageurs, des marchandises et des véhicules sont des informations cruciales pour permettre le développement d’une mobilité plus intelligente, mieux optimisée et plus respectueuse de l’environnement5_{. Ces enquêtes peuvent} concerner, par exemple, les mouvements des véhicules (mouvements directionnels à un carrefour, flux dans un périmètre donné), mais aussi les mouvements des piétons et leur utilisation de l’espace public (gares, centres commerciaux etc.). L’intégration des nouvelles technologies pour ce type d’enquête présente un véritable potentiel.

Le capteur d’adresses Bluetooth et Wi-Fi peut être assimilé à une de ces méthodes d’enquêtes modernes, s’appuyant sur les nouvelles technologies. Aujourd’hui, les individus ainsi que leurs véhicules sont de plus en plus équipés d’objets connectés (téléphone mobile, oreillettes, ordinateur etc.). Par ailleurs, ces objets sont souvent composés d’interfaces Wi-Fi et/ou Bluetooth, qui interagissent avec l’environnement et les rendent détectables. Les capteurs d’adresses Bluetooth et Wi-Fi tirent profit de cette détectabilité et permettent de recueillir un tout nouveau genre de base de données.

L’utilisation de tels capteurs pour la réalisation d’enquêtes sera le sujet du présent rapport. En effet, durant mon TFE, j’ai été amenée à travailler sur le prototype d’un capteur d’adresses Bluetooth et Wi-Fi, développé par Explain, cabinet de conseil et d’expertise dans le domaine de la planification des transports.

Cette société, fondée très récemment en 2014, a été créée par un groupe de consultants, appartenant anciennement à la société MVA Consultancy. Ce bureau d’étude a pour vocation d’accompagner l’Etat, les collectivités locales et les exploitants pour l’élaboration et l’évaluation des politiques, stratégies et projets de transport. A ce titre, les domaines d’intervention de la société sont les études de planification générale, de modélisation, d’évaluation socio-économique et de circulation. Composée de douze consultants, Explain possède aujourd’hui deux bureaux : le siège, situé à Montreuil (93), où j’ai effectué mon stage) et un bureau à Lyon (69).

Explain est une entreprise dynamique, en pleine expansion, et qui souhaite ajouter à sa palette de compétences une partie innovation. Ainsi, cette jeune entreprise a la volonté de développer de nouveaux outils permettant d’améliorer les techniques d’enquêtes existantes.

4 _{LES TRANSPORTS INTELLIGENTS. Capteurs [en ligne]. Disponible sur :}

http://www.transport-intelligent.net/technologies/capteurs-77/#article418– consulté le 10.07.15

5 _{LES TRANSPORTS INTELLIGENTS. Localisation [en ligne]. Disponible sur :}

11 A ce titre, Explain développe depuis quelques mois un prototype de capteur de signaux Wi-Fi et Bluetooth dans l’objectif de réaliser des enquêtes de déplacement. Le déploiement de nouvelles techniques d’enquêtes constitue un véritable enjeu pour cette entreprise. En effet, la capacité à réaliser et analyser des enquêtes pourra amener une véritable plus-value à ce cabinet de conseil, en plein développement.

Un des enjeux pour Explain est alors de concilier le déploiement de ce nouveau dispositif avec les activités classiques du cabinet. De plus, un projet d’innovation tel que celui-ci entraîne des dépenses importantes ; un second défi est alors de pouvoir vendre cette nouvelle technologie pour continuer son développement.

J’ai pu suivre ce volet innovation et l’évolution du prototype tout au long de mon stage. Le présent rapport s’articule autour de la problématique suivante : Compte tenu des capacités du capteur de

signaux Wi-Fi et Bluetooth développé au sein d’Explain, quelles sont ses applications possibles ?

En effet, Explain, de par son rôle d’expertise dans le domaine de la planification des transports, se doit de connaître les possibilités d’utilisations de son nouveau produit. La compréhension des capacités du capteur est un véritable enjeu pour permettre de fournir des résultats fiables aux différentes applications menées. Ces possibilités dépendent tout d’abord des capacités techniques du capteur : principe de fonctionnement, portée, autonomie etc., mais aussi de la forme et de l’analyse possible des bases de données collectées.

Plusieurs expérimentations ont été menées ou sont actuellement en cours, afin d’appréhender les aptitudes du capteur au sein du bureau de Montreuil (tests d’autonomie, de portée du signal etc.). De plus, des applications d’enquêtes ont été réalisées afin de tester la fiabilité de la méthode en situation réelle. L’ensemble de ces essais a aussi permis au prototype du capteur de connaître un certain nombre d’évolutions.

Dans le présent rapport, nous nous intéresserons plus particulièrement à deux de ces applications :  Reconstitution des flux tous modes au niveau d’un giratoire (Place François Mitterrand,

Montreuil) ;

 Reconstitution d’une matrice origine-destination au niveau d’une ligne de bus (ligne 215 du réseau RATP)

Nous ne chercherons pas à être exhaustif en termes d’applications possibles mais plutôt à évaluer si l’utilisation du capteur développé par Explain est adaptée dans ces deux cas.

Pour ce faire, nous mènerons un état de l’art sur l’ensemble de cette technique d’enquête en ciblant les similitudes et différences entre les technologies Bluetooth et Wi-Fi. Ce premier chapitre permettra d’appréhender le principe de fonctionnement des capteurs de signaux Wi-Fi et/ou Bluetooth, mais aussi les applications possibles et le marché existant. Dans un second temps, nous présenterons le prototype développé par Explain ainsi que son fonctionnement, son évolution et l’évaluation de ses capacités (sous forme d’une synthèse). Enfin, nous reviendrons sur deux exemples d’applications possibles pour ce capteur : méthodologie adoptée, phase terrain, et analyse des données collectées. Une prise de recul sur les résultats obtenus sera alors nécessaire afin d’évaluer si ces types d’application permettent d’obtenir des conclusions satisfaisantes.

13

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ENQUETES DE DEPLACEMENTS

La vocation de ce chapitre est de présenter le fonctionnement des capteurs d’adresses Wi-Fi et/ou Bluetooth, ainsi que leur utilisation. Après avoir comparé les technologies Wi-Fi et Bluetooth, nous détaillerons les caractéristiques de ce type de capteur : principe de détection, portée et puissance du signal, taux de sondage selon le type d’enquête et collecte des données. Puis, nous montrerons quelles sont les différentes applications possibles pour cette technologie, ainsi que le marché déjà existant. Enfin, nous évaluerons les avantages et les inconvénients de ce type de technologie.

I.

Définitions préalables

Le fonctionnement du système des capteurs de signaux Wi-Fi et/ou Bluetooth est basé sur la possibilité d’échanger des données entre plusieurs appareils via des réseaux sans fil. Dans un premier temps, nous allons définir ce qui fait un objet connecté, puis comparer les caractéristiques des technologies sans fil (spécifiquement le Wi-Fi et le Bluetooth). Enfin, nous verrons comment ces objets connectés peuvent être identifiés.

Qu’est-ce qu’un objet connecté ?

Le marché des objets connectés (IoT, Internet of Things) est aujourd’hui en plein développement, et peut être défini comme « l’expansion d’Internet à des objets et à des lieux dans le

monde physique » 6_.

Plus précisément :

« l’internet des objets est un réseau de réseaux qui permet, via des systèmes d’identification électronique normalisés et unifiés, et des dispositifs mobiles sans fil, d’identifier directement et sans ambiguïté des entités numériques et des objets physiques et ainsi de pouvoir récupérer, stocker, transférer et traiter, sans discontinuité entre les mondes physiques et virtuels, les données s’y rattachant. » (Benghozi P-J, Bureau S, Massit-Folléa F, 2009).

Ordinateurs, smartphones et tablettes sont alors considérés comme des objets connectés classiques.

6 _{Objets connectés : histoire et définitions [en ligne] - http://www.objetconnecte.net/histoire-et-definitions-objet-connecte/}

14 Cependant, il existe aujourd’hui des objets de toutes tailles et aux fonctions variées : du train équipé de capteurs permettant de renvoyer des informations aux utilisateurs7_{, au bracelet qui permet de} surveiller le sommeil des nourrissons, ils sont de plus en plus présents autour de nous.

Avec 50 milliards d’objets connectés d’ici cinq ans, ce marché représente un véritable potentiel. Selon les estimations de l’IDC (International Data Corporation), 15% de tous les objets seront connectés en 20208_{. L’expansion des voitures connectées sera aussi exponentielle : en 2013, on en comptait 45} millions ; en 2018, elles seront plus de 420 millions sur le marché mondial9_{. La figure présentée} ci-après présente ces résultats à l’échelle de l’individu. En 2015, chaque individu possède plus de 3 objets connectés, ce qui ouvre de nombreuses portes à la méthode d’enquête par capteur Wi-Fi et Bluetooth.

Figure 1. Evolution du nombre d'objets connectés par personne (Prévisions Cisco)10

Les capteurs d’adresses Wi-Fi et/ou Bluetooth permettent d’identifier ces objets connectés dans le but de réaliser des enquêtes de déplacements. Les capteurs peuvent alors détecter des objets présents au niveau d’un véhicule pour les déplacements routiers (GPS, oreillettes, kits mains libres etc.) ou au niveau de l’individu (montres, tablettes). Aujourd’hui, les Smartphones peuvent se substituer aux outils de pilotage et de contrôle à distance d’autres machines. De ce fait, ils sont de plus en plus souvent connectés via des protocoles sans fil comme le Wi-Fi et le Bluetooth. Nous allons à présent voir le fonctionnement de ces deux protocoles.

7 _{Les objets connectés : la nouvelle génération d’internet [en ligne] - BE Etats-Unis numéro 341, 09/13 -}

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/73919.htm - consulté le 17.07.2015

8 _{IoT : 18 chiffres à connaître pour comprendre le potentiel du marché des objets connectés [en ligne] – Prospective, 05/15}

- http://www.maddyness.com/prospective/2015/05/12/objets-connectes-securite/ - consulté le 17.07.2015

9 _{News: Connected cars, already a reality [en ligne] –}

http://www.idate.org/en/News/Connected-cars-already-a-reality_868.html - consulté le 17.07.2015

10 _{L’invasion des objets connectés [en ligne] - MaxiRobots, 01/14 -}

15

Transfert de données sans fil : Comparaison des technologies Wi-Fi et Bluetooth

Les objets connectés peuvent utiliser différents types de protocoles sans fils, un protocole sans fils étant « un réseau où au moins deux terminaux se connectent et communiquent entre eux par voie

hertzienne, directement ou indirectement »11_.

Il existe plusieurs types de protocole sans fils qui se distinguent par les caractéristiques du signal radioélectrique (fréquence, puissance), la portée du signal, ou encore son débit.

Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, et UWB sont les quatre normes standards IEEE 80212 _{du sans-fil de gamme} courte (10 à 100 mètres de portée). A noter que le Bluetooth et ZigBee sont les plus efficaces en termes de consommation électrique (Abedi et al, 2013).

Dans le présent rapport, nous nous limiterons à l’étude des technologies Bluetooth et Wi-Fi. Elles utilisent une même bande de fréquence radio autour de 2,4 GHz pour relier des appareils électroniques entre eux13_{. Cependant, les différences sont notables entre les deux technologies.}

Le Wi-Fi est utile pour transmettre des données lourdes, avec une bande passante élevée. Il possède une portée de plusieurs dizaines de mètres en intérieur et une centaine en extérieur mais consomme plus d’énergie que le Bluetooth14_.

Le Wi-Fi possède la particularité de posséder deux modes de fonctionnement :

 Mode passif : la connexion entre l’objet et le(s) réseau(x) au(x)quel(s) celui-ci est attaché, est

activé seulement lors des échanges d’informations ;

 Mode actif : la connexion entre l’objet et le(s) réseau(x) au(x)quel(s) celui-ci est attaché est

permanente ou lorsqu’une connexion est disponible.

11 _{Wi-Fi : Bases théoriques et pratiques [en ligne] – Présentation de P. Vincent, Partie I -}

http://www.erasme.org/IMG/pdf/Formation_Wi-Fi2.pdf - consulté le 19.07.2015

12 _{Les normes IEEE 802 sont limitées aux réseaux utilisant lors de la transmission de données, des paquets de données de}

tailles variables (contrairement à ceux où les données sont transmises dans des cellules de taille fixe et généralement courtes)

13 _{Quelle est la différence entre les technologies Bluetooth et Wi-Fi [en ligne]}

-http://www.01net.com/editorial/394165/quelle-est-la-difference-entre-les-technologies-bluetooth-et-wi-fi/ - consulté le 17.07.2015

14 _{Tout sur le Bluetooth : comment fonctionne-t-il et quel intérêt pour les objets connectés [en ligne] -}

http://www.frandroid.com/produits-android/maison-connectee/232622_dossier-bluetooth-fonctionnement-interet-les-objets-connectes - consulté le 17.07.2015

16 Le Bluetooth possède une bande passante plus faible et sert

plutôt à transmettre des données légères (faible puissance d’émission et portée limitée à une dizaine de mètres)15_{. De} nombreux accessoires connectés pour les voitures fonctionnent via ce protocole (oreillettes, kit mains libres, enceintes, etc.).

Il existe actuellement trois classes de modules radio Bluetooth sur le marché. Elles sont caractérisées par la puissance et la portée du signal. La plupart des appareils connectés appartient à la classe numéro deux (portée de 10 à 20 m).

Emetteur Wi-Fi/ Bluetooth et identification

Dans la suite du rapport, nous considérerons comme émetteur Wi-Fi ou Bluetooth, tout objet connecté permettant d’échanger des données via la technologie correspondante. Le protocole Wi-Fi et/ou Bluetooth de l’objet doit être activé et visible. Aujourd’hui, la majorité des smartphones et des dispositifs numériques (GPS, oreillettes, tablettes etc.) utilise au moins un de ces deux types de protocoles.

Chaque objet est reconnu grâce à un identifiant unique, l’adresse MAC (Media Access Control), stockée sur une interface réseau. Assimilée à une adresse physique, elle permet d’identifier de manière unique chaque carte réseau. Pour un même appareil connecté, cet identifiant est alors différent selon le type de protocole utilisé (Wi-Fi ou Bluetooth).

Chaque adresse MAC est composée de 48 bits ou 6 octets. Un octet est communément représenté par deux caractères hexadécimaux et les différents octets sont communément séparés par des « : » (par exemple, c1:00:5e:30:a1:x4). Les trois premiers octets servent à identifier le fabricant et les trois suivants servent à identifier la carte parmi celles du constructeur. La structure de l’adresse MAC est présentée ci-après.

15 _{Tout sur le Bluetooth : comment fonctionne-t-il et quel intérêt pour les objets connectés [en ligne] -}

http://www.frandroid.com/produits-android/maison-connectee/232622_dossier-bluetooth-fonctionnement-interet-les-objets-connectes - consulté le 17.07.2015

Octet 1 Octet 2 Octet 3 Octet 4 Octet 5 Octet 6

17 Un objet connecté via un protocole sans fil est alors défini par un code unique et peut être tracé facilement à l’aide d’un dispositif de détection. Chaque objet étant possédé par un individu (piéton, automobiliste), des possibilités d’applications dans le but de collecte de données d’enquêtes de déplacements sont alors envisageables.

Nous allons maintenant nous intéresser plus précisément aux caractéristiques des capteurs d’adresses Wi-Fi et/ou Bluetooth ainsi qu’à la popularité d’utilisation du Wi-Fi et Bluetooth, paramètre qui constitue un des enjeux principaux de la réussite de ce type d’enquête, et qui fera l’objet d’une section dans la partie suivante.

II.

Capteurs d’adresses Wi-Fi et/ou Bluetooth : Principe de fonctionnement

et caractéristiques

Principe de fonctionnement général

Principe de détection

Les capteurs d’adresses Wi-Fi et/ou Bluetooth ont pour objectifs de percevoir les ondes émises par les différents émetteurs (définis précédemment) et de les analyser. Aujourd’hui, il existe trois catégories de dispositifs selon les protocoles utilisés : Bluetooth seul, Wi-Fi seul, ou les deux modes de détection sont associés. Le capteur produit par Explain appartient à cette dernière catégorie.

Le principe de détection générale est assez simple : lorsqu’un émetteur traverse la zone de détection du capteur, celui-ci scanne son adresse MAC (identifiant unique), et l’enregistre dans une base de données horodatée. Le schéma ci-après illustre ce principe.

18 Il existe une première différence de fonctionnement entre la détection des émetteurs Wi-Fi et Bluetooth. Le capteur Bluetooth transmet un signal dans l’ensemble de la zone de détection, pour déceler tous les dispositifs susceptibles d’être découverts, et enregistre la réponse de ces objets. Le capteur Wi-Fi, quant à lui, fonctionne en mode passif, et enregistre seulement les adresses des objets qui transmettent des paquets de données (Lesani, Jackson, Miranda-Moreno, 2014)

.

Cette différence a un impact sur l’architecture des données collectées, comme présenté dans le paragraphe suivant.

Collecte des données

Lorsqu’un émetteur Bluetooth est présent dans la zone de détection du capteur, le détecteur permet de capter en continu le signal. On connaît alors le temps passé par l’émetteur Bluetooth dans la zone de détection du capteur.

La détection du Wi-Fi, quant à elle, permet seulement de relever l’heure d’envoi des paquets de données de l’émetteur, de manière discontinue. Dans l’étude des données Wi-Fi, le temps passé par un émetteur dans la zone de détection du capteur peut alors être estimé comme la différence entre la première et la dernière détection.

𝑇𝑒𝑚𝑝𝑠 𝑝𝑎𝑠𝑠é 𝑝𝑎𝑟 é𝑚𝑒𝑡𝑡𝑒𝑢𝑟 𝑊𝑖𝐹𝑖𝑧𝑜𝑛𝑒 𝑑𝑒 𝑑é𝑡𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛= 𝑡𝑑𝑒𝑟𝑛𝑖è𝑟𝑒 𝑑é𝑡𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛− 𝑡𝑝𝑟𝑒𝑚𝑖è𝑟𝑒 𝑑é𝑡𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 Cependant, comme les données sont discontinues, la fiabilité de ce temps reste une question assez problématique. Il convient alors de prendre du recul sur les données obtenues selon l’application réalisée. Par exemple, une expérimentation de type portique pour comprendre la répartition des flux ne nécessite pas la connaissance d’un temps de détection de l’émetteur, mais seulement son apparition dans la zone de détection.

Cette différence notable entre les deux technologies a aussi un impact sur l’architecture de la base de données collectée, présentée ci-après.

 Emetteur Bluetooth : Adresse MAC, heure de détection, temps de détection  Emetteur Wi-Fi : Adresse MAC, heure de détection

Utilisation de la puissance du signal Wi -Fi

A noter que la puissance du signal Wi-Fi peut aussi être ajoutée à la base de données pour permettre d’approximer la distance séparant l’émetteur Wi-Fi du capteur. De cette manière, même si le temps de présence dans la zone de détection du capteur n’est pas connu précisément, la distance séparant l’émetteur Wi-Fi et le capteur peut être calculée. Le modèle utilisé est le FSPL (Free-Space Path Loss), dont la formule est présentée ci-après16_.

19 𝐹𝑆𝑃𝐿(𝑑𝐵) = 10 × 𝑙𝑜𝑔10(( 4𝜋 𝑐 𝑑𝑓) 2 ) (1)

Si nous considérons les unités suivantes : d en m et f en GHz, la formule devient alors17 _: 𝐹𝑆𝑃𝐿(𝑑𝐵) = 20 𝑙𝑜𝑔10(𝑑) + 20𝑙𝑜𝑔10(𝑓) + 92,45 (2)

De plus, lorsque les zones de détections d’au moins trois capteurs se recoupent, il est alors possible d’évaluer la position de l’objet avec une méthode telle que la triangulation et la trilatération. Nous nous limiterons à la présentation de la méthode de trilatération, ne nécessitant pas la connaissance des angles entre les points de références (localisation des capteurs).

La méthode de trilatération permet de localiser un émetteur Wi-Fi lorsque les distances entre cet objet et les trois capteurs (distances R1, R2, et R3) sont connues. Nous pouvons alors regarder où les cercles se chevauchent (rayons R1, R2 et R3) pour évaluer où l’émetteur Wi-Fi se trouve entre ces trois capteurs, comme représenté sur le schéma suivant. Cette technique peut aussi être étendue à la 3D (croisement des sphères).18

17 _{Wi-Fi-based trilateration on Android [en ligne] -}

http://rvmiller.com/2013/05/part-1-Wi-Fi-based-trilateration-on-android/ - consulté le 26.07.15.

18 _Ibid.

Figure 3. Schéma de principe - Méthode de trilatération

Avec :

 d, distance entre l’émetteur

et le capteur

 f, la fréquence du signal

(Hz)

20 Cette méthode peut être utilisée en intérieur pour permettre de localiser précisément les individus dans des bâtiments. L’inconvénient principal de cette technique est qu’elle dépend du milieu enquêté, selon l’infrastructure, les perturbations des ondes radios étant liées à l’architecture19_{. Son utilisation} permet tout de même d’ouvrir de nombreuses portes en termes d’applications pour des enquêtes piétonnes. Nous pouvons citer l’exemple de mesures des trajectoires des individus dans un nœud de transport.

Question de l’anonymisation

Les adresses MAC étant uniques, il est possible de remonter jusqu’à l’identité de chaque objet connecté et de leurs propriétaires. Les capteurs d’adresses Wi-Fi et/ou Bluetooth relevant ces adresses, il est nécessaire de les crypter afin de ne pas remonter jusqu’à l’identité de la personne : cette étape est appelée l’anonymisation.

Un des enjeux lors de cette étape est de trouver un compromis entre le respect de l’anonymat des individus et l’obtention d’une base de données exploitable. Nous verrons dans la suite du rapport quelle technique d’anonymisation a été choisie par Explain lors de la présentation des caractéristiques du prototype.

Avant de présenter les types d’application possibles à cette méthode, nous allons étudier quelques caractéristiques de ces capteurs. Plus spécifiquement, une analyse des similitudes et des différences entre les deux technologies (Bluetooth et Wi-Fi) sera réalisée sur la portée et la puissance du signal, le temps de détection, ainsi que leur popularité d’utilisation.

Portée et puissance du signal

Comme présenté précédemment, les deux protocoles Wi-Fi et Bluetooth détiennent des zones de portée différentes. Tandis que le Bluetooth est limité à une dizaine de mètres, les signaux Wi-Fi peuvent être perçus à une centaine de mètres en extérieur. A noter que la portée de ces deux types de technologie varie en fonction du pouvoir de transmission du signal et de la complexité de l’environnement (Abedi et al, 2013). La puissance du signal reçue est quant à elle donnée en dB (décibel).

Les ondes radios se propagent en ligne droite, le signal pouvant subir un affaiblissement de puissance. « Cette atténuation du signal augmente avec la fréquence, avec l'augmentation de la fréquence ou de la distance. De plus lors de la collision avec un obstacle, la valeur de l'atténuation dépend fortement du matériau composant l'obstacle » (Lesani, Jackson, Miranda-Moreno, 2014).

19 _{RENAUDIN V. Localisation et navigation des piétons [en ligne] – IFSTTAR, 11/12, séminaire STIC ITS-}

21 Le graphique ci-contre présente l’atténuation d’un signal

Wi-Fi selon le type de matériau traversé. Par exemple, pour un mur en briques, on compte une atténuation du signal de l’ordre de 8 dB. Dans le cadre de la réalisation d’enquêtes de déplacements dans des milieux urbains denses, les obstacles sont multiples (bâtiments, végétation, etc.). La zone de portée des capteurs peut donc être limitée.

.

Les capteurs sont généralement équipés d’une antenne pour permettre la couverture d’une zone de détection plus importante. Ces antennes Wi-Fi ou Bluetooth peuvent être regroupées en deux catégories :

 Les antennes omnidirectionnelles : envoi et réception des signaux avec un gain de puissance dans toutes les directions ;

 Les antennes directionnelles : envoi et réception des signaux avec un gain de puissance dans une direction à angles limités.

Ces deux catégories d’antennes peuvent être ajoutées au capteur d’adresses Wi-Fi et/ou Bluetooth dans le cadre d’enquêtes de déplacements, selon l’application souhaitée. Un exemple de zone de détection pour ces deux antennes est présenté ci-après (Bhaskar et Chung, 2013).

Figure 4. Atténuation de la puissance d'un signal Wi-Fi selon le type de matériau de l'obstacle traversé. Source : http://www.liveport.com/Wi-Fi-signal-attenuation

22 Le graphique ci-après montre l’évolution de la puissance du signal d’un émetteur en fonction de sa distance avec le capteur. Le protocole est testé avec un capteur sans antenne, avec une antenne 2 dBi et 3dBi (Abedi et al, 2013). Avec une antenne 3 dBi, la portée du signal Wi-Fi passe d’environ 15 m à 90 m.

Figure 6. Puissance du signal Wi-Fi en fonction de la distance - Utilisation de différentes antennes (Abedi et al, 2013) Nous reviendrons sur les choix effectués par Explain pour son prototype de capteur de signaux Wi-Fi et Bluetooth dans le second chapitre du présent rapport.

Temps de découverte du signal d’un émetteur

Une autre caractéristique importante du capteur est de savoir si celui-ci capte l’ensemble des objets présents dans sa zone de détection. En effet, il est possible que le capteur ait une limite maximale de conquête d’adresses MAC dans les mêmes délais.

Chaque technologie possède un temps de découverte du signal différent. Selon des mesures expérimentales basées sur plus de 1000 rapports, le temps de découverte du Wi-Fi est autour de 1,4 secondes alors que celui du Bluetooth est en moyenne de 10,5 secondes. Cette première observation montre que théoriquement, la possibilité de collecte de données d’adresses MAC Wi-Fi est presque dix fois plus grande que le Bluetooth (Abedi et al, 2013).

Ce laps de temps pose un certain nombre de questions concernant la fiabilité des données enregistrées, et doit être pris en compte dans l’analyse des données selon l’application réalisée. Cependant, il dépend majoritairement du type d’émetteur et du capteur utilisé. Ce point de réflexion n’a pas encore été traité par Explain, mais fait partie des prochains tests à effectuer avec les capteurs.

23

Popularité d’utilisation du Bluetooth et du Wi-Fi

Avec l’ascension fulgurante du smartphone, des kits mains libres dans les voitures et des tablettes, il devient de plus en plus possible de contrôler les flux de trafic (routiers mais aussi piétons) grâce à l’utilisation de capteurs d’adresses Bluetooth et/ou Wi-Fi. Même si l’ensemble des individus et des véhicules ne possède pas d’appareils connectés, la proportion est maintenant assez haute pour que, selon des fournisseurs de système, des données de temps de voyage significatives peuvent être obtenues en suivant à la trace des signaux de tels dispositifs20 _.

Popularité d’utilisation du Bluet ooth

Pour une enquête de déplacements, quel que soit le(s) mode(s) étudié(s), le taux d’enquêtés pour la technologie Bluetooth varie généralement entre 3 et 12 % (Lesani, Jackson, Miranda-Moreno, 2014). En ce qui concerne les enquêtes de déplacements routiers (par exemple, reconstitution de matrice OD), les sondés (adresses MAC uniques) peuvent représenter entre 20 et 40% de l’ensemble des véhicules en circulation. Ce taux élevé peut être expliqué par la présence de nombreux appareils connectés dans les véhicules (oreillettes Bluetooth, kit mains libres etc.)21_.

En ce qui concerne les études de déplacements piétons, ce taux de sondage est moins élevé (autour de 10%). Phua et al (2014) ont cherché à évaluer la représentativité des données Bluetooth dans les enquêtes de flux de déplacements des centres commerciaux. Pour ce faire, un questionnaire a été distribué dans un centre commercial de banlieue en Australie. Sur l’ensemble des personnes interrogées, 34% possède un appareil Bluetooth détectable par un capteur.

Cependant, ce résultat est à nuancer. Le potentiel des études piétonnes a été évalué par Malinoviskiy, Saulnier et Wang (2012) dans deux lieux différents : au sein du centre-ville de Montréal (Canada) et sur un campus à Seattle (États-Unis). Dans le centre-ville de Montréal, qui avait des flux piétons très denses (autour de 2687 piétons/h), les capteurs d’adresses Bluetooth ont pu détecter grossièrement 5% de la population. Dans l'emplacement du campus de Seattle, 2.25 % de la population a été représentée par une adresse de MAC. Ces chiffres sont significativement plus bas que les taux d'échantillons dans le cadre d’enquêtes de trafic routier (autour de 15%).

Comparaison avec la popularité d’utilisation du Wi -Fi

D’après l’enquête Smart Flows22 _{sur l’utilisation des téléphones mobiles (échantillon de 1130} personnes, publié en janvier 2013), 86 % des personnes interrogées sont en possession d’un Smartphone, c’est-à-dire, ayant accès à une option Wi-Fi et/ou Bluetooth. Les résultats de cette enquête sont présentés sur le graphique ci-après.

20 _{Bluetooth and Wi-Fi offer new options for travel time measurements - ITS International – octobre 2013 [en ligne] -}

http://www.itsinternational.com/categories/detection-monitoring-machine-vision/features/bluetooth-and-wi-fi-offer-new-options-for-travel-time-measurements/ - consulté le 19.07.2015

21 _{Bluetooth Traffic Surveys [en ligne] - http://www.streetwiseservices.com/bluetooth.html - consulté le 26.07.15.}

22 _{Résultats de l’enquête Smart Flows sur l’utilisation des téléphones mobiles - janvier 2013 [en ligne] -}

http://www.smart-flows.com/blog/2013/01/25/resultats-de-lenquete-smart-flows-sur-lutilisation-des-telephones-mobiles/ - consulté le 19.07.2015

24 Tandis que 75% des sondés utilisent tout le temps ou très souvent l’option Wi-Fi de leur téléphone, ce type d’utilisation ne représente que 15% pour l’option Bluetooth. D’autres articles présentent des observations similaires. Dans l’article d’Abedi et al (2013), une expérimentation de collecte d’adresses MAC Bluetooth et Wi-Fi a été menée dans plusieurs campus (enquête sur des piétons). Sur l’ensemble des adresses relevées, les proportions Wi-Fi/ Bluetooth sont les suivantes : plus de 90 % sont des adresses Wi-Fi et moins de 10% sont des adresses Bluetooth.

Même si les individus possèdent aujourd’hui davantage d’appareils connectés Bluetooth dans leurs véhicules que sur eux-mêmes, l’utilisation de ce type de données pour la réalisation d’enquêtes piéton constitue un véritable enjeu (Malinoviskiy, Saunier, Wang, 2012). C’est pourquoi, l’option du capteur Wi-Fi est de plus en plus utilisée, pour permettre une augmentation du taux de détection (Lesani, Jackson, Miranda-Moreno, 2014).

III.

Etat de l’art des applications possibles et marché existant

Les applications pour ce type de technologie sont nombreuses. Cet état de l’art des champs d’applications des capteurs d’adresses Wi-Fi et/ou Bluetooth est nécessaire pour Explain, afin d’évaluer les possibilités de son propre capteur. Nous présenterons d’ailleurs deux applications élaborées avec le capteur d’Explain dans le troisième chapitre du présent rapport.

Ici, nous allons présenter trois catégories d’études possibles, afin de percevoir le potentiel de la technique d’enquête par capteur. Pour ce faire, un benchmark en termes d’enquêtes de déplacements routiers, piétons et autres applications plus atypiques a été réalisé.

25

Applications dans le cadre d’enquêtes de déplacements routiers

De nombreuses applications pour l’étude des flux routiers peuvent être envisagées avec les capteurs d’adresses Wi-Fi et/ou Bluetooth. Le tableau ci-après illustre quelques possibilités de collectes de données suivant le schéma de positionnement des capteurs.

Tableau 1. Schémas de possibilités de positionnement des capteurs. D’après Campbell et Shaw, 2012

Aujourd’hui, l’utilisation des capteurs de signaux Bluetooth est plus présente dans la réalisation de ce type d’enquête par la présence des équipements des véhicules (GPS, kits mains libres etc.) permettant d’obtenir des échantillonnages satisfaisants. Nous pouvons citer des entreprises comme TrafficCAST ou encore BlueTOAD (Bluetooth Travel-time Origination And Destination) qui ont développé des capteurs Bluetooth pour les enquêtes de déplacements routiers.

Le coût plus faible de ce type d’enquête est une des principales raisons de son développement. L’exemple le plus pertinent est celui des enquêtes OD pour des réseaux routiers vastes. En effet, l’installation de systèmes conventionnels comme les capteurs inductifs, les caméras infrarouges, ou encore les radars, exige une infrastructure câblée fixe pour l’alimentation électrique, mais surtout, un contrôle régulier du dispositif et de la collecte des données. L’investissement est tel que la mise en œuvre de ce type d’enquête sur un large périmètre ne peut pas avoir lieu.

La collecte des données par adresse MAC peut alors être utilisée en complément des méthodes traditionnelles d’enquête, dont le coût est prohibitif sur des durées longues (Blogg et al, 2010).

Schéma de positionnement des capteurs Exemples de données collectées

Calcul du temps de parcours, vitesse

Reconstitution de matrices Origine - Destination

Etude d’itinéraires, répartition des flux au niveau d’un carrefour

26 Par ailleurs, pour répondre aux problèmes de trafic dans des situations temporaires telles que des travaux, ou un évènement spécial, « une connexion radio de machine à machine est beaucoup plus facile et moins chère que des personnes lisant des plaques d’immatriculation » (d’après A. Graham, spécialiste en étude de trafic23_{). La flexibilité du dispositif, c’est-à-dire la possibilité d’obtenir un} échantillon important lorsque les flux de trafics sont denses, permet d’obtenir des bases de données pertinentes dans ses situations.

Aujourd’hui, BLIP SYSTEM (société danoise) propose de collecter près de 50 % du trafic total de véhicules, bicyclettes et piétons en plaçant son système de capteur Wi-Fi et Bluetooth, Blip Track, sur le réseau routier24_.

Ce système est considéré comme pionnier dans le domaine, en combinant les deux technologies pour la mesure générale des conditions de trafic. En 2012, la plus grande installation de ce système a été réalisée dans la ville d’Aarhus, seconde plus grande ville du Danemark. 25 _{Aujourd’hui, BlipTrack s’est} exporté avec près de 5000 capteurs installés dans des pays comme le Canada, les Etats-Unis, l’Allemagne ou encore l’Australie. Ce développement constitue une grande opportunité et permet de comprendre les possibilités réelles de ce type de technologie par la variété des demandes de la clientèle.26

D’autres types d’application peuvent être envisagés avec cette méthode dans le domaine de la planification des transports publics (reconstitution d’une matrice arrêt-arrêt sur une ligne de bus), mais aussi des enquêtes piétons, difficiles à réaliser avec d’autres méthodes. Les capteurs de signaux Bluetooth et/ou Wi-Fi ouvrent aujourd’hui de nouvelles portes dans l’analyse de l’utilisation des espaces publics comme les centres commerciaux, les zoos, les aéroports, mais aussi dans les villes entières (Malinoviskiy, Saunier, Wang, 2012).

23 _{Temporary Traffic Monitoring with Bluetooth and Wi-Fi - ITS International - juin 2013 [en ligne] -}

http://www.itsinternational.com/categories/utc/features/temporary-traffic-monitoring-with-bluetooth-and-wi-fi/ - consulté le 19.07.2015

24 _{BLIP SYSTEMS [en ligne] - http://www.blipsystems.com/ - consulté le 25.07.2015}

25 _{Danish City installs Bluetooth and Wi-Fi sensors to track shopper behavior – décembre 2014 [en ligne] -}

http://www.nfcworld.com/2014/12/22/333266/danish-city-installs-bluetooth-Wi-Fi-sensors-track-shopper-behaviour/ - consulté le 19.07.2015.

26 _{Bluetooth based technology [en ligne] – Austraffic - http://austraffic.com.au/projects/bluetooth-based-technology -}

27

Applications dans le cadre d’enquêtes de déplacements piétons

Lors de la réalisation d’enquêtes de déplacements piétons, l’utilisation des capteurs d’adresses Wi-Fi et Bluetooth présente une véritable opportunité. En effet, dans des lieux tels que les gares, les aéroports, ou encore les centres commerciaux, l’analyse des flux piétons est difficile. Avec l’application de ce type de méthode, il est alors possible de comprendre le mouvement des piétons dans ces hauts lieux de déplacements.

Euclid Analytics propose des solutions d’optimisation des temps d’attente dans les aéroports, les gares, ou encore les stations de métro. Ces résultats sont basés sur l’analyse des pics de trafic piétons, ou encore des temps d’attentes dans les queues aux guichets. Ces études sont réalisées grâce à des capteurs de signaux Wi-Fi27_{. Euclid Analytics réalise par ailleurs avec les mêmes capteurs des enquêtes} dans les centres commerciaux. L’analyse des données collectées peut permettre d’obtenir pour les propriétaires des commerces, l’ensemble des résultats présenté sur le schéma ci-après.

Les capteurs d’adresses Wi-Fi pour la réalisation d’enquêtes piétons ont été développés par de nombreuses entreprises. Par exemple, la société Trencube propose « de fournir des données objectives

sur le comportement de la clientèle et sur les flux piétons »28_{. Les applications possibles avec ce type}

de capteur sont :

 Pour les commerçants : mesure de la fréquentation, du temps moyen passé par la clientèle, et du taux de fidélité dans leur commerce ;

 L’analyse des flux piétons dans les rues piétonnes ou dans les grands centres commerciaux ;  La comptabilisation du nombre de participants lors d’évènements éphémères tels que des

concerts.

27 _{Euclid Analytics [en ligne] – http://www.euclidanalytics.com/ - consulté le 26.07.2015}

28 _{Trencube [en ligne] - http://www.trencube.com/ - consulté le 25.07.2015}

28 Par ailleurs, dans la ville d’Aalborg (Danemark), des capteurs d’adresses Wi-Fi et Bluetooth, produits par BlipTrack, ont été installés dans les zones piétonnes de la ville pour suivre le comportement de leurs visiteurs : identification du nombre de personnes dans chaque zone, suivi des trajectoires etc.29 L’objectif de ces capteurs est de contrôler l’impact des grands événements comme le marché annuel de Noël sur les flux piétons.

Autres types d’application

Nous avons pu voir que les capteurs de signaux Wi-Fi et/ou Bluetooth permettent la réalisation d’enquêtes de déplacements. Ces technologies peuvent aussi être utilisées dans d’autres conditions que les enquêtes. Pour ce faire, nous allons présenter deux applications possibles pour les Beacons, des petits capteurs d’adresses Bluetooth.

Par exemple, Les Beacons utilisés par les commerçants sont présentés ci-contre. Outre le fait d’utiliser les capacités Bluetooth pour identifier et localiser les personnes présentes dans leur boutique, ils permettent d’échanger des données et de transmettre des bons de réductions ou encore des cartes cadeaux. L’objectif de ce système pour les commerçants est alors de fidéliser la clientèle. Ces capteurs sont sans fils, à basse consommation d’énergie et facilement dissimulables. De plus, leur coût est faible (à partir de 5 $).

Par ailleurs, ils permettent aux boutiques de « mesurer le nombre de personnes présentes, de connaître les rayons les plus fréquentés ou encore d’obtenir plus d’informations sur la démographie de leur

clientèle »30_.

Le réseau de Bucarest a aussi installé plus de 500 Beacons dans ses bus et trolleys-bus sur deux lignes de la ville, dans un objectif différent de celui de réaliser des enquêtes : guider les personnes malvoyantes. Chaque bus est équipé d’un unique identifiant iBeacon, ce qui permet la transmission, via une application, d’un message prévenant l’arrivée du bus à la station (distance de 50 à 60 m). Ce dispositif permet alors aux personnes malvoyantes d’utiliser le réseau de transport sans avoir besoin d’un assistant personnel31_.

29 _{Danish City installs Bluetooth and Wi-Fi sensors to track shopper behavior – décembre 2014 [en ligne] -}

http://www.nfcworld.com/2014/12/22/333266/danish-city-installs-bluetooth-Wi-Fi-sensors-track-shopper-behaviour/ - consulté le 19.07.2015.

30 _{Les Beacons, ces petits capteurs qui vont révolutionner le monde. J. Marin, 21/04/2015 [en ligne]. Le Monde.fr. Disponible}

sur : http://siliconvalley.blog.lemonde.fr/2014/04/21/comment-les-beacons-vont-revolutionner-le-commerce/ - consulté le

25.07.15

31 _{Bucharest buses to use Bluetooth beacons to guide the blind. R. Boden, 08/06/15 [en ligne]. Disponible sur :}

http://www.nfcworld.com/2015/06/08/335809/bucharest-buses-to-use-bluetooth-beacons-to-guide-the-blind/ - consulté le 25.07.15

Figure 9. Photographie d'un Beacon - Marque Qualcomm

29

IV.

Synthèse, avantages et problématiques liés à l’utilisation de ces

technologies

Dans le cadre de la réalisation d’enquêtes de déplacements, les capteurs d’adresses Wi-Fi et/ou Bluetooth se dévoilent comme une bonne alternative aux méthodes d’enquêtes classiques. En particulier, ils sont efficaces dans les études de mouvements piétons, données difficiles à obtenir avec d’autres types de dispositifs. Néanmoins, une prise de recul sur les capacités réelles de ces capteurs à produire des données satisfaisantes est nécessaire.

Tout d’abord, nous dresserons une synthèse comparative des caractéristiques des capteurs de signaux Wi-Fi et Bluetooth et listerons les principaux avantages de ces méthodes d’enquêtes. Puis, nous aborderons les limites que peut présenter ce type de dispositif.

Synthèse : comparaison des capteurs à adresses Wi-Fi et à adresses Bluetooth

Le capteur développé par Explain combine deux technologies dans le but de réaliser des enquêtes de déplacements : la détection des adresses Bluetooth et celle des adresses Wi-Fi. Ces deux technologies présentent des similitudes, mais aussi des différences, comme nous avons pu le voir tout au long de ce premier chapitre.

Une première caractéristique qui regroupe ces deux dispositifs est un principe de fonctionnement général du capteur semblable :

 ils permettent de détecter l’ensemble des appareils connectés (via le protocole sans fil correspondant) présents dans leur zone de détection ;

 chaque appareil connecté possède un identifiant unique, l’adresse MAC, permettant de suivre le détenteur de l’appareil ;

 la réception des signaux des appareils émetteurs est horodatée, puis enregistrée dans une base de données

Certaines différences sont à noter entre les deux types de capteurs. Ces distinctions sont liées aux caractéristiques propres des deux protocoles sans fil. Le tableau ci-après regroupe les particularités associées à chacune des technologies.

30 Tableau 2. Caractéristiques liées au type de technologie

Caractéristiques du signal Technologie Wi-Fi Technologie Bluetooth

Portée d’un signal émetteur Une centaine de mètres en extérieur

10 à 20 m pour les objets de classe II (utilisation majoritaire) Temps de découverte du signal

(Abedi et al, 2013) Moins de 2 s Plus de 10 s

Type de données collectées par un capteur spécifique

Présence dans la zone de

détection (données

discontinues)

Temps de présence dans la zone de détection (données continues)

Lors de l’utilisation de ce type de dispositif durant une enquête, il est nécessaire de connaître l’ensemble des capacités du système utilisé pour procéder à une analyse satisfaisante des résultats. Aujourd’hui, les applications pour ce type de système sont nombreuses. Dans le présent rapport, nous les avons classées selon trois types :

 Enquêtes de déplacements routiers : reconstitution des flux à différentes échelles (comme une autoroute, une ville ou encore un giratoire) ;

 Enquêtes de déplacements piétons : études de mouvements piétons dans des nœuds de hauts déplacements (gare, aéroport, centre commercial etc.) ;

 Autres applications plus atypiques : exemple de l’utilisation des Beacons.

Le choix de l’utilisation d’une des deux technologies selon l’objectif de l’enquête peut se faire à travers la possibilité d’obtenir un taux de sondage satisfaisant. Aujourd’hui, la littérature scientifique est plus exhaustive sur l’utilisation des données Bluetooth dans le cadre d’enquêtes de déplacements routiers (nombre important d’objets connectés via cette technologie dans les véhicules). Cependant, de plus en plus d’applications avec la technologie Wi-Fi sont réalisées, spécialement pour les enquêtes piétonnes, où le taux de sondage est plus élevé.

En un mot, les avantages de ce type de dispositif (Wi-Fi et/ou Bluetooth) sont nombreux. Il permet de réaliser des applications variées, provisoires ou permanentes avec un coût peu élevé (en comparaison avec les méthodes classiques. (Lesani, Jackson, Miranda-Moreno, 2014). De plus, dans le cadre des études de mouvements de piétons, il se révèle très efficace et permet de se procurer des données délicates à obtenir avec d’autres méthodes classiques.

Cependant, ce système ne présente pas que des avantages. Il est alors important de s’interroger sur les limites de ces capteurs d’adresses Wi-Fi et/ou Bluetooth dans le cadre de la réalisation d’enquêtes de déplacements.

31

Prise de recul : Limites du système

Limites liées aux capacités du dispositif

Certaines limites liées aux capacités du dispositif ont été développées au cours de ce chapitre : Variation du périmètre de détection du capteur : la taille de la zone de détection du dispositif dépend de la technologie utilisée (Wi-Fi ou Bluetooth), de la présence d’une antenne, mais aussi, de l’environnement du lieu d’enquête (intérieur ou extérieur, présence d’obstacles ou non, etc.). Pour pallier à cette difficulté, une étude préalable de la portée du capteur dans son environnement d’enquête peut être effectuée.

Temps de découverte des appareils émetteurs : il existe un « temps de découverte » de chaque objet connecté qui entre dans la zone de détection du capteur. Ce temps est variable selon la technologie utilisée. L’existence de ce temps est à prendre en compte dans l’analyse des données d’enquête. Il convient alors de se poser les questions suivantes :

 Combien de temps l’objet est-il passé réellement au sein de la zone de portée du capteur ?

 Est-ce que l’ensemble des objets connectés présents dans la zone de détection à un instant T

sont captés ?

Données collectées - Adresses MAC des objets émetteurs : L’architecture d’une base de données ne permet pas d’identifier nécessairement un individu unique par adresse MAC. En effet, il est possible que plusieurs adresses MAC appartiennent à un seul et unique individu possédant plusieurs appareils connectés ou un unique appareil connecté via les deux protocoles (dans le cadre d’une détection combinée Wi-Fi et Bluetooth). Nous pouvons supposer que deux appareils avec une trajectoire similaire dans le même délai appartiennent au même individu, mais ce n’est pas toujours le cas.

Limites en termes d’applications possibles

Même si les possibilités d’utilisations des capteurs Wi-Fi et/ou Bluetooth sont nombreuses, leur emploi n’est pas adapté dans certaines situations. Nous pouvons citer l’exemple des enquêtes dont l’objectif est d’obtenir des données socio-économiques (âge, composition du ménage etc.) comme les EMD. De plus, ce système ne se limitant qu’à l’utilisation des technologies Wi-Fi et Bluetooth, les taux de sondage peuvent sembler assez faibles pour certains types d’enquêtes. De ce fait, si l’objectif d’une étude est de reconstituer des flux réels, l’enjeu principal qui existe est celui d’élaborer une méthode de redressement efficace. Pour évaluer la fiabilité de ce redressement, des comptages peuvent être effectués en complément de l’enquête par capteur.

De plus, ce type d’enquête ne permet pas d’obtenir une information directe sur le mode de transport utilisé par les individus. Dans le cadre d’une application qui cherche à évaluer la part d’utilisation de chaque mode, la seule donnée pour accéder à cette donnée est la vitesse du déplacement de l’individu. A grande échelle (par exemple, un réseau urbain), des méthodes sont élaborées pour évaluer la prédominance d’un mode de transport selon la vitesse du déplacement de l’objet.

32 Le graphique ci-contre est

issu d’une étude par capteur Bluetooth au niveau du réseau de Brisbane (urbain et interurbain)32_{. L’aspect des} courbes de prédominance des modes est donné ici pour exemple.

Cependant, à une échelle plus locale (par exemple, étude des flux sur un giratoire), les vitesses de déplacements entre les véhicules et les modes doux sont très proches. Il est donc plus difficile d’obtenir des résultats satisfaisants avec cette approche.

Pour conclure, le développement d’un dispositif de capteurs d’adresses Wi-Fi et/ou Bluetooth ouvre de grandes potentialités quant aux possibilités d’applications.

Comme nous avons pu le constater dans le présent chapitre, ce type de système est déjà présent sur le marché, et permet de réaliser une palette diversifiée d’enquêtes. C’est dans ce cadre qu’Explain a cherché à développer son propre capteur. L’objectif de cette entreprise est alors d’utiliser son expertise dans le domaine de la planification des transports pour élaborer son nouveau produit. Avant de s’attarder sur les applications testées par Explain avec son capteur, nous allons présenter plus en détails ce projet d’innovation. Pour ce faire, nous nous attarderons sur la composition et les caractéristiques techniques du capteur.

32 _{LAHAROTTE P-A., BILLOT R., EL-FAOUZI N-E. “How to filter transportation modes with Bluetooth Data? – A case study of}

Brisbane network” – 06/14, ISTS 2014.

Figure 10. Schéma de la distribution de la prédominance du mode selon la vitesse du déplacement - Source : Laharotte P.A, Billot R, El-Faouzi N-F, 2014