  Méthodes de positionnement GSM et applications inhérentes à ces technologies.
[30 mn de lecture - paru le 6/11/2005 10:15:00 AM - Public : Débutant]
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2 Méthodes de positionnement et débouchés commerciaux
2.1 Méthodes de positionnement et de tracking
En référence à Akerblom (2000), Buchanan, Raja, Munoz, l’association GSM (2003), nous allons présenter dans cette section les différentes méthodes de positionnement et de suivi GSM.
Les méthodes de positionnement peuvent être diviser en trois catégories : basique, améliorée et avancée. Les méthodes basiques reposent sur l’identification de la cellule (Cell-ID). Enhanced Observed Time Difference (E-OTD) est une méthode de positionnement améliorée. Assisted GPS (A-GPS) est quand à elle une méthode de positionnement dite avancée. La division entre ces trois catégories dépend avant tout de la précision de localisation de la méthode. Nous allons maintenant voir les différentes méthodes de localisation.
2.1.1 Global Positioning System (GPS)
Le GPS est un système très largement utilisé pour la navigation et les applications militaires. Un récepteur GPS peut être intégré dans la station mobile (MS). La principale faiblesse de ce système est que la précision de la localisation dépend cruellement de l’environnement avoisinant. Ce système est très précis pour des environnements libres d’obstacles (Line of Sight (LOS) conditions), il est d’une faible précision en zone urbaine et devient presque inefficient pour du positionnement indoors. Même si ce système est de plus en plus étendu, il reste relativement cher et gourmand au niveau ressources (particulièrement au niveau des batteries). La consommation d’énergie est un problème puisque qu’elle implique des batteries plus puissantes, et souvent plus volumineuses, ceci est en contradiction avec l’évolution des GSM, puisque les designers développent des terminaux toujours plus fins et légers. A l’inverse du GPS, les méthodes de positionnement basées sur le GSM sont peu coûteuses et peuvent tirées parties de la popularité de ce réseau.
Figure 3: GPS (Global Positioning System).
2.1.2 A-GPS (Assisted Global Positionning System)
La station mobile mesures le temps d’arrivée du signal envoyés par trois satellites ou plus, les données reçues par le récepteur sont ensuite envoyées via connexion radio aux BTS, ceci tend à résoudre les problèmes liés à la consommation d’énergie abordés en section 2.1.1, puisque le traitement du signal ne se fait pas directement par la station mobile.
Figure 4: Assisted Global Positioning System (A-GPS).
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Technologie |
Zone rurale |
Zone semi urbaine |
Zone Urbaine |
Indoor |
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A-GPS |
10m |
10-20m |
10-100m |
Variable |
Tableau 1: A-GPS, GSM association (2003)
2.1.3 Angle d’arrivé (Angle of Arrival – AOA)
En mesurant l’angle d’arrivé d’un signal transmit par au moins trois BTS, il est possible de déterminer la position de la station mobile par triangulation. La majeure contrainte de cette méthode est que celle-ci requière un environnement libre d’obstacle, cette méthode est donc peu efficace en zone urbaine.
2.1.4 TOA (Time Of Arrival) et TDOA (Time Difference Of Arrival)
TOA calcules le temps de transmission entre la station mobile et le BTS et vise versa. Considérant le fait que le temps de propagation d’une onde radio est connu, il est alors possible d’estimer la distance qui sépare la station mobile du BTS. Cette méthode permet de localiser l’utilisateur dans un cercle qui à pour rayon la distance qui sépare le BTS de la MS et qui a pour centre le BTS.
TDOA mesure le temps de transmission entre la station mobile et trois BTS simultanément, la station mobile se situe à l’intersection des trois cercles.
Figure 5: TDOA (Time Difference Of Arrival
2.1.5 Signal Strength
Cette méthode utilise la force du signal pour déterminer la position de la station mobile. Si la puissance de transmission du BTS et que la puissance de réception de la station mobile sont connus, il est possible d’estimer la distance qui sépare ces deux équipements. Encore une fois la station mobile se situera sur un cercle qui aura pour rayon la distance entre le BTS et la station mobile et pour centre le BTS. Si la puissance du signal est estimée entre trois BTS, la station mobile se situera à l’intersection des trois cercles.
2.1.6 Cell-ID
Cette méthode est basée sur le réseau GSM et plus particulièrement sur l’indentification de la cellule. Elle utilise l’identifiant du BTS dans lequel la station mobile est actuellement enregistrée. La topologie du réseau GSM est ensuite utilisé afin d’estimer la position du mobile. La précision de cette méthode dépend principalement de la taille de la cellule ainsi que sur l’environnement avoisinant (c'est-à-dire rural ou urbain).
Figure 6: Cell-ID.
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Technology |
Rural |
Suburban |
Urban |
Indoor |
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Cell ID |
1-35km
Typical: 15km |
1-10km
Typical: 5km |
Macrocells:
500m-5km
Typical: 2km
Microcells:
50-500m
Typical: 200m |
10m-50m (if pico cells are used) |
Tableau 2: Cell-ID, GSM association 2003.
2.1.7 E-CGI (Enhanced-Cell Global Identity)
Selon l’association GSM (2003), dans le système GSM, le terminal relève des mesures concernant la puissance du signal afin de réaliser les décisions de handovers. Ces mesures indiquent le niveau de puissance du terminal par rapport à la cellule actuelle et les cellules environnantes. Le niveau de puissance du terminal peut être utilisé pour estimer la distance entre le BTS et la station mobile à l’aide de modèle de propagation ou d’utilitaires réseaux.
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Technology |
Rural |
Suburban |
Urban |
Indoor |
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E-CGI |
250m-35km |
250-2.5km |
50-550m |
Highly variable |
Tableau 3: E-CGI, GSM Association (2003).
2.1.8 E-OTD (Enhanced-Observed Time Difference)
Selon l’association GSM, E-OTD est une méthode basée sur le temps, ou le terminal mesures le temps d’arrivé du signal sur trois ou plus BTS. Les mesures réalisées par le terminal sont ensuite transmises au "Serving Mobile Location Center" (SMLC), les mesures sont fonctions de la distance de chaque BTS à la station mobile, la position de la station mobile est ensuite estimée par triangulation. La position de chaque BTS doit être précisément connue (<10m recommandé) afin de réaliser la triangulation et de déterminer la position du terminal.
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Technology |
Rural |
Suburban |
Urban |
Indoor |
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E-OTD |
50-150m |
50-150m |
50-150m |
Good |
Tableau 4: E-OTD, GSM Association (2003).
2.1.9 Hybride
Hybride n'est pas une méthode de localisation par elle-même, c'est une manière de combiner les différentes méthodes de localisation afin d'avoir des résultats plus précis. Ces combinaisons peuvent être AOA avec TOA, AOA avec TDOA, signal strengh avec TOA, etc. …
2.2 Débouchés commerciaux du positionnement GSM
Contrairement au GPS, les méthodes de positionnement GSM ne requièrent pas de receiver ou de hardware spécifique, et par conséquent sont assez bon marché à implémenter. Selon l'institut National statistiques (UK) en 2002, 75% des ménages Britanniques possédaient un mobile. Selon l'INSEE en 2002, 62 % des ménages Français possédaient un mobile. Les applications basées sur le positionnement GSM ont par conséquent un marché potentiel énorme, puisqu'elles peuvent tirer parties des terminaux et du réseau existants.
Figure 7: Nouvelles technologies: équipement des ménages Britanniques entre 2000-2002, National Statistics (2002)
Figure 8: Nouvelles technologies: équipement des ménages Français entre 2000-2002, INSEE (2002)
2.2.1 Situations d'urgences et secours
Le suivi et le positionnement des GSM sont utilisés lors de situations d'urgence ou de sauvetages, avec l'augmentation du nombre de mobile, il est souvent possible d'établir un contact avec les secours. Cependant selon T.S Rappaport, J.H Reed et B.D Woerner (Octobre 1996), 25% des possesseurs de mobile ne connaissent pas leur position exacte quand un accident intervient. Dans ces cas là, les équipes de secours doivent avoir recours au positionnement automatique. De plus, selon Marko Palola, et Pentti Tarvainen (2003), 67% des localisations d'appels d'urgence aux USA font appel au positionnement GSM, et ont une précision allant de 50-100m.
2.2.2 Tracking GSM
De nos jours plusieurs sites Internet comme http://www.positionamobile.com/ et http://www.traceamobile.com/, permettent aux utilisateurs de traquer une station mobile via une interface web. Ces sites peuvent être utilisés pour différentes applications: utilisation domestique, des parents peuvent enregistrer le mobile de leurs enfants afin pouvoir les localiser à tout moment. Un époux peut enregistré le mobile de sa femme, si il a un doute sur sa fidélité.
D'autres applications professionnelles de ce type de méthodes de tracking peuvent être:
- Intervention de dépannage sur les axes routiers
- Management et suivi d'un parc de véhicules (taxi, camions …)
- Navigation automobile
- Management du personnel, les entreprises peuvent utiliser ce type de solutions afin de déterminer la position de leurs collaborateurs par rapport à celle du client.
- Applications gouvernementales (applications de surveillance)
- Jeux nécessitant la localisation des terminaux. (http://epubl.ltu.se/1402-1617/2002/035/index-en.html)
Figure 9: wwww.positionamobile.com
Figure 10: www.traceamobile.com
2.2.3 Services liés à la localisation (Location Based Services – LBS)
Des applications plus à la mode pourront permettre aux utilisateurs dans un future proche d'avoir des informations dépendes de la location ou ils se trouvent, directement sur leur mobiles. Pour le moment ces applications sont plutôt de type "push" plutôt que de type "pull".Un exemple d'application de type "push" est typiquement les diffusions météorologique broadcastées à plusieurs utilisateur simultanément. A l'inverse une application de type pull, permettrait à l'utilisateur d'obtenir des informations relatives à sa localisation à un instant t via des requêtes initiée par l'utilisateur. Par exemple: quel est le restaurant Italien le plus proche de moi.
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22 Visites
Nicolas MARQUES
[30 mn de lecture - paru le 6/10/2005 12:17:54 AM - Public : Confirmé]
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