Évaluation de différentes méthodes de positionnement dans les applications IoT modernes.

Track & Trace sans GPS ? Oui !
Suivre et tracer sans GPS

Lorsque l'on positionne des biens sur une carte dans une application de suivi et de localisation il est facile d'oublier qu'il existe de nombreuses technologies autres que le GPS pour déterminer l'emplacement d'un bien. Des applications différentes peuvent nécessiter une approche plus créative, en fonction des besoins et des exigences. 

 

 

Avantages et inconvénients des technologies alternatives pour le positionnement des actifs 

 

 

LeGPS ("Global Positioning System") a beaucoup évolué depuis son lancement à des fins militaires par le gouvernement américain dans les années 70. De nombreux autres opérateurs exploitent désormais une constellation de satellites similaire (comme GLONASS, GALILEO et BEIDOU) et les récepteurs GPS peuvent désormais déterminer efficacement leur position n'importe où sur le globe avec une précision impressionnante. Cependant, les puces GPS nécessitent toujours une quantité relativement élevée d'énergie pour y parvenir, et dans les applications IoT modernes, ainsi que dans le suivi et le repérage plus traditionnel, cela constitue souvent une contrainte de conception et un problème opérationnel.  

Il existe de nombreuses autres méthodes pour déterminer la position d'un actif sur une carte, et elles ont toutes leurs avantages et leurs inconvénients. Si cela est une bonne nouvelle pour les fournisseurs et les utilisateurs finaux de l'IdO, cela signifie également qu'il peut être difficile de choisir la bonne technologie pour une application spécifique. Dans les applications de suivi et de traçabilité et d'IdO, quatre considérations principales entrent en ligne de compte dans le choix d'une technologie de positionnement : la consommation d'énergie, la couverture/disponibilité, la précision et le temps de traitement.

 

En général, il existe des méthodes actives et passives pour déterminer la position d'un bien. Les méthodes actives nécessitent de l'énergie électrique (qui est généralement fournie par une batterie et donc finie) puisque la position est déterminée sur le dispositif, mais elles donnent souvent une position plus précise. Le GPS, la détection de balises ou même la reconnaissance d'images sont des exemples de méthodes de positionnement actives. Les méthodes passives ne nécessitent pas d'alimentation (du moins pas sur l'appareil) mais ont tendance à être moins précises. La triangulation du réseau et la proximité sont des exemples de méthodes de positionnement passives.

  

Évaluons certaines méthodes de positionnement couramment utilisées dans les applications IoT modernes et examinons leurs avantages et inconvénients. Il existe de nombreuses variantes des méthodes de positionnement décrites, et il est impossible de les couvrir toutes. Il existe également de nombreuses autres méthodes, de sorte que cette liste n'a pas vocation à être exhaustive. 

 

GPS 

 

Les puces GPS reçoivent des transmissions à faible puissance des satellites en orbite terrestre et calculent leur position en comparant le temps nécessaire à la réception du signal de chaque satellite (ce qui indique au récepteur la distance à laquelle se trouvait le satellite lorsqu'il a émis le signal). Pour y parvenir, un chipset GPS doit savoir où se trouvent les satellites eux-mêmes. Ces informations (almanach) sont transmises avec une précision de positionnement raisonnable. Un chipset GPS doit donc écouter pendant un certain temps (souvent plusieurs minutes) pour déterminer une position précise. Plus il écoute longtemps, plus la précision peut s'améliorer. Sur la base des quatre considérations principales, le positionnement GPS se classe comme suit :  

Consommation d'énergie :

Médiocre. L'appareil doit écouter activement pendant des périodes prolongées pour recevoir et évaluer les signaux de dizaines de satellites, évaluer en permanence les signaux et effectuer des calculs complexes pour déterminer une position avec une précision raisonnable.  

Couverture / Disponibilité : 

  • Idéal pour les situations en extérieur. Les chipsets multi-constellation peuvent théoriquement recevoir les signaux de 115 satellites (32 GPS, 24 GLONASS, 24 GALILEO et 35 BEIDOU) qui sont en orbite terrestre et couvrent toute la surface de la planète. Naturellement, ces satellites ne sont pas toujours visibles, et certains ne sont même pas actifs mais servent de sauvegarde, mais à un endroit typique du globe, un récepteur devrait être capable de recevoir un signal de dizaines de satellites à tout moment.
  • Très mauvais en intérieur. Les signaux GPS sont très faibles (l'équivalent d'une ampoule électrique de 60 W vue à plus de 20 000 km de distance !) et ne peuvent pas traverser les objets solides. Ainsi, à l'intérieur des bâtiments ou sous terre, les puces GPS sont incapables de recevoir des signaux pour déterminer une position.

Précision :

  • Good. Typically, a GPS receiver in good conditions can determine a position with <10m accuracy within a minute of powering up. After a few minutes, accuracy of <3m (or <1m with multi-constellation) can be achieved.  
  • Sensible aux interférences. La très faible puissance signifie également que les signaux GPS sont très sensibles aux interférences provenant d'autres sources RF. Les puces GPS modernes sont très efficaces pour filtrer les mauvais signaux, mais les interférences peuvent également neutraliser les signaux GPS réels, ce qui empêche un récepteur GPS de déterminer une position (= brouillage).  
  • Génial quand on l'augmente. Les performances des chipsets GPS peuvent être améliorées en les alimentant en données pour corriger les signaux des satellites GPS. Avec une augmentation extrême (correction RTK par exemple), la position peut être déterminée à quelques centimètres près, mais cela nécessite des composants haut de gamme et une alimentation constante en données de correction à partir d'une infrastructure terrestre.  

Délai de traitement :

  • Mauvais au premier démarrage. Si le récepteur GPS n'est activé que lorsqu'une position doit être déterminée (souvent pour économiser la batterie), il aura besoin d'un certain temps pour recevoir les informations de l'almanach du satellite et traiter les signaux entrants. Cela peut prendre quelques minutes ou plus, en fonction de la précision attendue.  

  • Excellent en fonctionnement continu. Dans les applications de suivi et de localisation, le chipset GPS est généralement maintenu actif tant que le bien est actif. Le chipset GPS reçoit et traite en permanence les signaux des satellites GPS et fournit instantanément une position assez précise lorsque le dispositif de suivi des biens le demande.  

 

Détection des balises 

 

Les dispositifs de suivi des biens peuvent être équipés de composants permettant de recevoir des signaux de "balises" (= petits émetteurs stationnaires, généralement alimentés par batterie, dont l'emplacement est connu) afin de déterminer leur emplacement. Une balise transmet généralement un identifiant unique à un intervalle fixe. Parfois, des informations supplémentaires sont disponibles dans les transmissions pour aider un dispositif de suivi à proximité à obtenir plus d'informations sur cet emplacement. Si les balises transmettent généralement leurs informations à l'aide d'une technologie RF comme Bluetooth ou Wifi, il est également possible d'utiliser des balises optiques ou auditives, qui utilisent des signaux lumineux (visibles ou IR/UV) ou sonores (potentiellement hors de portée de l'ouïe humaine). Des méthodes de balises passives sont également possibles, en plaçant des codes QR ou des étiquettes NFC avec des informations de localisation qui peuvent être scannées par un appareil portable pour déterminer un emplacement.  

Dans le cadre du suivi et de la localisation, le cas d'utilisation typique est le suivant : le dispositif de suivi des biens active ses composants d'écoute à des moments pertinents (par exemple, à un intervalle fixe ou lorsqu'un événement est détecté et qu'une position doit être déterminée) et " scanne " les transmissions des balises à proximité. Lorsqu'il a reçu les transmissions, les composants d'écoute peuvent être mis hors tension et le dispositif peut envoyer l'identifiant de la balise à une plateforme (qui connaît l'emplacement de cette balise) ou même déterminer son emplacement sur la base des informations contenues dans la transmission.  

Consommation d'énergie : 

Bon. Le dispositif de suivi n'a besoin que d'effectuer un bref balayage (quelques secondes, en fonction de l'intervalle de transmission des balises) pour recevoir une ou deux transmissions de balises proches, car une seule transmission contient suffisamment d'informations pour déterminer une position. Aucun traitement complexe des transmissions n'est nécessaire. Cela permet d'économiser beaucoup d'énergie.    

Couverture / Disponibilité : 

Nécessite une infrastructure. Un utilisateur doit placer des balises à tous les endroits où le positionnement est requis, et un nombre suffisant de balises doit être installé pour obtenir la couverture et la précision souhaitées. Par exemple, des balises doivent être installées dans les entrepôts et sur les chantiers où l'on s'attend à ce que les actifs soient positionnés et où leur emplacement est pertinent. Cependant, comme l'utilisateur contrôle la position des balises, elles peuvent être placées à l'intérieur et à l'extérieur pour garantir un fonctionnement transparent en intérieur et en extérieur. Les bons opérateurs fournissent des balises adaptées aux applications intérieures et extérieures, et les balises alimentées par batterie permettent une installation sans entretien, sans avoir besoin d'alimentation électrique ou d'autres infrastructures.  

Précision : 

Super. Lorsque les balises ont une portée limitée, le poste doit se trouver à proximité de la balise. Comme l'emplacement de la balise peut être déterminé avec une très grande précision, l'emplacement de l'actif est également très précis lorsqu'il " détecte " la balise.  

Délai de traitement : 

Bon. Un dispositif de suivi n'a pas besoin d'effectuer des calculs complexes pour interpréter le signal, et se contente souvent de transmettre les informations de la balise à la plateforme sans autre traitement. Cela peut se faire presque instantanément selon la disponibilité du réseau. Même dans les situations où le dispositif effectue un post-traitement du ou des signaux, comme la triangulation, l'effort et le temps de traitement sont généralement limités.  

Remarque : le positionnement basé sur les balises peut également fonctionner à l'inverse, où le traceur de biens en mouvement fonctionne comme une balise et l'infrastructure locale fixe recherche les dispositifs et calcule leur position. Cette méthode est plus adaptée à la gestion des actifs et n'est donc pas abordée en détail dans cet article.  

 

Triangulation du réseau 

 

Il est également possible de déterminer l'emplacement d'un bien sans aucun effort de la part du traqueur de biens. Dans les situations où un réseau étendu est utilisé, comme le GSM ou Sigfox, le signal émis est souvent reçu par plusieurs récepteurs dans la zone. Un opérateur ou un intégrateur de réseau connaît l'emplacement des récepteurs et peut calculer une position approximative du dispositif en comparant les signaux et en triangulant une position basée sur l'emplacement connu des récepteurs. Cela peut être réalisé en utilisant des calculs de temps de vol ou de force du signal. Les opérateurs LP-WAN commerciaux tels que Sigfox ou KPN (fournisseur LoRaWAN aux Pays-Bas) peuvent offrir ce service et effectuent généralement les calculs eux-mêmes et mettent à disposition la position calculée (et une indication de la précision) après traitement des données.  

Consommation d'énergie : 

Super. Le traceur de biens n'utilise aucune énergie pour déterminer une position ou rechercher des informations de localisation.     

Couverture / Disponibilité :

Bien. Le service de positionnement est généralement disponible partout où un appareil peut avoir une connectivité. Cela signifie que si l'appareil est à portée de son réseau, il peut être positionné avec un certain degré de précision.  

Précision : 

  • Fair on wide-area networks. The accuracy of the position depends on the density of the network operator’s infrastructure (how many receivers can ‘hear’ the device) and local interference. In some cases, an accuracy of <100m can be achieved, however in rural areas the accuracy can drop to several kilometers (the range of a single receiver).  
  • Excellent si la portée de l'émetteur/récepteur est limitée. Si l'émetteur et le récepteur ont une portée limitée (par exemple, en utilisant Bluetooth), la position est également plus précise, puisque l'actif ne peut pas être éloigné du récepteur. Toutefois, cela nécessite un réseau dense de récepteurs.  

Délai de traitement :

Bon. La puissance de traitement d'une plateforme est généralement beaucoup plus importante que celle d'un seul tracker, les calculs peuvent donc être effectués rapidement. Il faut cependant s'attendre à ce qu'il y ait un (petit) délai entre la réception du signal d'un tracker et la connaissance de sa position.   

 

En conclusion 

Les bons opérateurs comme Suivo ont tendance à combiner les méthodes ci-dessus sur leurs trackers de biens pour trouver un bon équilibre entre précision, coût et consommation d'énergie. Un tracker LP-WAN de Suivo Hydrogen peut combiner intelligemment la technologie des balises avec le GPS (en activant le GPS uniquement lorsque cela est nécessaire) et la plateforme peut même se rabattre sur le positionnement réseau ou attribuer une position par proximité si le positionnement actif n'est pas disponible ou pas assez précis... Un tracker LTE-M deHydrogen peut même recevoir l'ordre de la plateforme de privilégier une certaine technologie ou de varier ses paramètres de précision en fonction des conditions opérationnelles et des préférences du client. 

Pour plus d'informations et une démonstration, contactez Suivo et prenez rendez-vous avec l'un de nos experts produits. 

 

Lisez aussi : Choisir un traceur GPS

 

Robert est notre spécialiste du matériel et notre ingénieur. Depuis le tout début de Suivo, il est le cerveau de tous nos composants matériels. Se tenir au courant des protocoles de connectivité, des nouvelles technologies et des évolutions du marché est une grande partie de son expertise.

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