La Géolocalisation - Fondation Mines-Télécom
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Les cahiers de veille de la Fondation TELECOM
La Géolocalisation
Les cahiers de veille de la Fondation TELECOM
Technologies
Sommaire des Systèmes Se positionner :
de Positionnement un besoin grandissant
P03 « Quelle heure est-il ? » Si cette question nous la faiblesse actuelle observée des services
paraît si naturelle, c’est parce que chacun associés au positionnement (Location Based
Technologies des Systèmes d’entre nous a l’heure sur soi, ou sa journée Services, LBS). Mais le mouvement est iné-
de Positionnement suffisamment rythmée et structurée dans le luctable : l’utilisation de l’information de posi-
« - Entendu ! Je vais vous temps. Dans l’avenir, « Quel lieu est-il ? » pour- tionnement devrait peu à peu s’étendre des
P03 Se positionner : un besoin rait devenir aussi banal avec les techniques de applications et des services aujourd’hui, aux
grandissant procurer un indicateur. »
localisation et les systèmes d’information géo- couches physiques demain.
P04 Omniprésence et prédominance On appelait ainsi un petit objet banal graphiques qui se répandent autour de nous. Comme les SMS en leur temps, le marché du
des solutions satellites Cette localisation concerne, à vrai dire, autant positionnement et de la localisation est ap-
que l’on tenait dans la paume de la main,
celle des personnes, que celle des biens et cel- paru fortuitement, issu de l’émergence non
P04 ...et leurs limites et qui se réchauffait à mesure le des terminaux mobiles qui nous l’offrent. Et planifiée d’applications liées au système amé-
P05 Deux GNSS aujourd’hui et si donner l’heure est devenu une des fonctions ricain GPS, puis découlant des promesses des
que l’on s’approchait du lieu cherché ; de de base des mobiles (à en remplacer les mon- systèmes en cours de déploiement comme
demain : GPS et Galileo
même, il se refroidissait tres), connaître sa position pourrait bientôt se l’européen Galileo.
P07 Piste 1 : améliorer les généraliser au point d’influencer la plupart des GPS, Galileo : ces deux systèmes font partie,
performances : HS-GNSS , A-GNSS dès que l’on s’éloignait du but. actes de la journée. dans la famille des systèmes de positionne-
et E-GNSS Pour autant, certaines limitations technologi- ment, de la branche des GNSS, Global Naviga-
Il n’y avait qu’à le régler, au départ, sur ques -que nous détaillons plus bas- expliquent tion Satellite Systems.
P08 Piste 2 : l’apport d’autres
technologies une destination donnée.
Édito (Les cavernes d’acier Inclinaison # Plans
P09 Finalement, quelles alternatives Service
Couverture commercial Situation # satellites Altitude Période des plans
2008 orbitale orbitaux orbitaux
Janvier 2009 pour quelles solutions ? Isaac Asimov - 1953) Medium Earth
GPS Mondiale En service Modernisation 32 Orbit, 20200 12 heures 55° 6
P10 Vers une convergence entre km
Ce premier numéro des cahiers de veille deux mondes : positionnement & Meilleure
couverture Medium Earth 3 : 9 satellites
de la Fondation TELECOM est consacré télécoms Galileo des régions 2012 - 2013 Tests 30 prévus Orbit, 14 heures 56° + un secours
polaires que 23222km par plan
à un thème sensible et riche d’innova- P13 le GPS
3e génération
tions : la géolocalisation des biens et des Mondiale, mais en cours de
Contexte socio-économique et GLONASS partielle par En service lancement. 17 24 (nominal)
Medium Earth
Orbit, 11 heures 64,8°
3 : 7 satellites
+ 1 secours
personnes. manque de satellites en 19100km 15 mn par plan
environnemental satellites fonctionne-
ment
COMPASS / 35 prévus Medium
Nel Samama, enseignant-chercheur de P13 Le positionnement : un besoin 70°E - 140°E,
5°N - 55°N En service 5 satellites dont 5 en géos- Earth Orbit,
Beidu tationnaire 21500km
l’Institut TELECOM, a réuni des cher- individuel et universel
Premier
IRNSS Inde 2012 lancement en 7 prévus 29°
cheurs et des industriels pour livrer une P14 Le marché du positionnement « Nokia aims to be the Location Product 2009
analyse de l’amélioration conjointe des et son organisation QZSS Japon
Premier
En développe- lancement en Highly 12 heures 70°
and Service Leader by compelling ment 2009 Elleptical Orbit
techniques de télécommunications et
de positionnement ; il ouvre ainsi la pers- P16 Applications émergentes and novel location enabled products that Tableau 1 : les différents GNSS en service ou à venir (informations connues en décembre 2008). IRNSS et QZSS
ne sont pas des constellations proprement dites, mais des systèmes dits d’augmentation.
pective de services en mobilité qui, il y a exceed customer expectations.
quelques années encore, relevaient de la P18
science-fiction. [...] Plus récent, en cours de déploiement, Galileo 350 millions d’euros, dont une grosse partie a
Perspectives stratégiques dispose d’avantages concurrentiels par rapport finalement été allouée au programme suite à
Location products and services work in
Je forme le vœu que les partenaires de la au GPS américain actuel : il possède notamment l’échec du partenariat Public-Privé.
P18 Les acteurs en présence all environments via implementation of une notion d’intégrité qui pourrait permettre de À l’horizon 2020, ce sont 3 milliards d’utilisa-
Fondation, premiers destinataires de ce proposer des applications commerciales dans teurs qui pourraient être concernés par les
cahier de veille, trouvent là un support de P19 Les actions à lancer best available technologies » des domaines aussi variés que la banque, l’as- applications des systèmes de navigation par
réflexion pour leur stratégie d’innovation. P22 L ’Institut TELECOM, moteur d’une Teemu Toroi, Director of Strategy surance, le péage routier, l’énergie, et bien sûr satellites, 60 millions en Europe dès 2011, pour
nouvelle approche les transports et les télécommunications. un marché global d’équipements et de services
and Business Development, Nokia. En août 2001, le rapport du Volpe National estimé à 10 milliards d’euros par an.
Francis Jut and Growing Galileo Event, Transportation Centre, commissionné par le Les acteurs des télécommunications, et parmi
gouvernement américain, avait démontré les eux les constructeurs de terminaux, tout en
Directeur de la Fondation TELECOM Cahier central P12 Bruxelles, 14-15/11/2007 limites de fiabilité du système GPS, et fait des étant conscients des limites actuelles des
propositions pour accroître la robustesse des systèmes de positionnement -satellites et
Figure centrale : les usages de la
GNSS. Galileo s’inscrit dans cette voie, et son autres- dans les services de télécommunica-
géolocalisation en perspective budget de R&D dans le 7e PCRD (2007-2013, tions et de la nécessité de les améliorer ou les
avec un premier appel d’offres en octobre faire coopérer, s’engagent résolument dans ce
2007, et un deuxième fin 2008) est porté à marché qu’ils estiment essentiel à l’avenir.
Biographies & Glossaire P23
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Les cahiers de veille de la Fondation TELECOM
Omniprésence et prédominan-
ce des solutions satellites... Alors, si nous n’observons pas un développe- précision des informations de localisation (ou
Les GNSS sont aujourd’hui la solution techni- besoins se multiplient : disponibilité, fiabilité, ment des services de positionnement aussi de vitesse, ou de temps) sont les deux piliers
que naturelle pour le positionnement, et parmi rapide que nous l’avaient promis les prévi- d’un système de positionnement, mais a-t-on
précision, indicateurs temps réel divers, carto-
elles, le GPS est devenu le nom commun que sions de ces dernières années, c’est autant besoin des deux en tous lieux et en toutes
graphie indoor, mode 3D, réalité virtuelle, ges-
l’on sait, recouvrant des déploiements et des parce que le positionnement en intérieur circonstances ? Par exemple, a-t-on besoin de
tion des diverses technologies et performan-
fonctionnalités différents selon les cas (GPS reste imparfait que parce que les solutions de moins, ou de plus de précision en intérieur ? De
ces, limites des réseaux de données ; allant continuité entre extérieur et intérieur (un envi- l’ordre de quelques mètres pour les services de
américain historique, Galileo, etc.). Initiale-
de pair avec les usages : trouver son chemin ronnement somme toute réel) ne sont pas au guidage, la précision est moins cruciale pour
ment prévu aux États-Unis pour les besoins
une fois sorti de la voiture, retrouver un ami, rendez-vous. un service diffusant des publicités géo-con-
des militaires, le GPS a trouvé également un
marché chez les professionnels et le grand rechercher les restaurants, ou le dernier film à Or, c’est à travers le téléphone mobile que le textuelles. De même, a-t-on besoin d’une loca-
public, grâce à sa simplicité d’utilisation, ses l’affiche dans un rayon de 100 m, jouer de fa- GPS est en train de se démocratiser, et ce lisation en continu, comme cela est le cas dans
coûts réduits, et surtout la réponse qu’il ap- çon géolocalisée, autant de services qui vont terminal est porté la plupart du temps par un les systèmes GNSS, ou peut-on se contenter
On doit distinguer les services d’urgence aux au-delà de la simple localisation et nécessitent
portait pour résoudre des tâches demandant piéton, amené à franchir régulièrement cette d’une localisation à la demande, avec un délai
États-Unis et en Europe. E911 autrefois beaucoup plus d’efforts. de plus en plus un échange avec des serveurs frontière. Et aux limites de couverture, de dis- court ? En réalité, tout est ouvert, mais selon
En découle alors un enjeu stratégique pour les tiers et des bases de données. Voir à cet effet ponibilité et de précision s’ajoute également les technologies employées et les usages sou-
aux États-Unis impose aux opérateurs de États : plus nombreux sont les secteurs d’acti- le schéma central page 12 montrant quelques l’impérieuse nécessité d’une faible consom- haités, il faut savoir faire des choix.
vités dépendant du GPS (transports, sécurité, situations dans des bâtiments, des canyons mation électrique du terminal supportant la
fournir une solution de positionnement, et le
télécommunications...) et plus il est néces- urbains, des tunnels... fonction GPS. Mais voyons tout d’abord comment deux GNSS
choix du GPS a été fait la plupart du temps, saire de disposer de son propre GNSS. Mais finalement, que souhaite-t-on en situa- actuels peuvent répondre à cette demande
Mais au-delà des nouveaux secteurs d’activi- tion intérieure au juste ? La disponibilité et la croissante de localisation.
même s’il ne couvre pas tous les lieux. E112 Comment relever ce défi en intérieur ? Deux
tés concernés, c’est chacun d’entre nous qui
demande aujourd’hui à pouvoir se positionner, pistes s’offrent à nous :
en Europe (Directive 2002/22) demande • améliorer les GNSS actuels
ou être positionné (dans les cas d’urgence par
simplement un best effort, et le répartit exemple). • utiliser d’autres technologies en intérieur Récepteurs
grand public
Récepteurs
professionnels
Deux GNSS aujourd’hui
et le résultat jugé le plus probable actuellement
entre opérateurs de télécommunications et
C’est d’ailleurs en raison des cas de situations
d’urgence que le positionnement en intérieur serait un système hybride avec les GNSS pré-
Horizontal (m) 2.5 0.5 et demain : GPS et Galileo
Vertical (m) 4.5 1.1
(ou en milieu contraint) est devenu un défi dominants en extérieur, ou plus précisément Les futurs GNSS seront caractérisés par une septembre 2005 avec le lancement d’une nou-
fournisseurs de services. Temps (ns) 5.7 1.3
technique majeur de la géolocalisation. Et les dans les milieux réceptifs. multiplication des signaux transmis par les velle génération de 12 satellites prévus . Cette
Tableau 2 : amélioration des performances du GPS
(horizon du GPS III, premiers lancements en 2012). satellites, une multiplication du nombre des constellation est caractérisée par un nouveau
...et leurs limites satellites, ainsi qu’une multiplication des ban- signal civil C/A code sur L2, et un M-code sur
des de fréquence et de la largeur de ces ban- L1 et L2 pour les besoins des militaires. La pré-
Si les GNSS sont si répandus, c’est notamment et une disponibilité permanente, fournissent des. De plus, les niveaux de puissance seront sence d’une seconde fréquence civile améliore
grâce à leurs avantages indéniables par rapport une estimation en temps réel de la précision du légèrement augmentés, de quelques dB, en le service quand les effets de propagation sont
à d’autres systèmes de positionnement. Ils positionnement, donnent la vitesse, proposent même temps que les modulations et codages sensibles, et l’arrivée du M-Code a ouvert une
sont en effet beaucoup moins chers et très per- une synchronisation de grande qualité, et qui utilisés permettront d’améliorer sensiblement nouvelle approche : nous sommes passés de
formants, ils offrent une couverture mondiale plus est sont gratuits d’utilisation. les performances globales. Cependant, toutes la «disponibilité sélective» au «déni sélectif»,
ces améliorations restent insuffisantes pour un mouvement rendu nécessaire par l’arrivée
Fondements technologiques des GNSS et quelques concepts résoudre les difficultés énoncées de couver- de GNSS concurrents.
ture et de disponibilité dans des environne- Un deuxième signal civil sur L1, L1C, est prévu
L’utilisation des signaux satellites des GNSS se fait à la fois dans les domaines temporels et fréquentiels. Dans le premier cas, il s’agit de comparer le code émis
par le satellite avec sa copie connue par le récepteur, on calcule ainsi le temps de propagation du signal entre les deux (flight time measurement). Dans le ments typiques des nouvelles applications. En pour 2012, reposant sur une meilleure modula-
domaine fréquentiel, il est indispensable de tenir compte de l’effet Doppler dû au mouvement relatif de ces deux éléments. Les deux domaines de recherche particulier, ceci ne permettra pas de fournir la tion avec un niveau de -125.5 dBm à comparer
sont assez importants : +/-10kHz en fréquence, et 1 ms en temps, la durée d’un code complet. Le pas de recherche est également assez petit : quelques Hz et continuité du service de positionnement dans au -128.5 dBm du signal C/A actuel. Il a égale-
une fraction de chip. En conséquence, le temps nécessaire au récepteur pour obtenir la première position (fix), le Time To First Fix (TTFF), est assez long, et des conditions acceptables pour un utilisateur ment été prévu pour une meilleure interopéra-
tout l’enjeu est de le réduire. en intérieur. bilité avec les signaux L1 de Galileo.
La première génération des GNSS (Transit, Tsikada) était fondée sur la mesure de l’effet Doppler. Pour fournir une couverture permanente toute la journée, avec À ces nouveaux signaux on doit ajouter un troi-
un positionnement dans les 3 dimensions, le nombre de satellites en orbite basse devait être important. GPS sième signal civil dans la bande des 1176 MHz,
La deuxième génération est fondée sur des mesures de temps de propagation entre le satellite et le récepteur, qui ont été rendues possibles grâce aux travaux Le système américain est entré dans une pour les besoins de l’aviation civile, à partir de
de recherche sur le comportement des horloges atomiques dans l’espace. Les difficultés proviennent des multiples chemins de propagation du signal dans
phase de modernisation qui a commencé le 26 2008.
l’environnement du récepteur, et de la nécessité de synchroniser les deux extrémités du lien. Dans ce dernier cas, une mesure supplémentaire par rapport à
ce qui est strictement nécessaire pour un positionnement 3D permet de considérer le temps de désynchronisation comme une simple variable, et réduit la Figure 1 : bandes de fréquence et forme des signaux
complexité des oscillateurs dans le terminal, qui n’ont besoin d’être stables que pour de courtes périodes de temps (typiquement quelques ms). GPS. dl : dataless. Mc : mega chips.
Une troisième génération de satellites intègre à la fois les fonctions de positionnement et de télécommunications. C’est le cas du japonais QZSS, et du chinois
COMPASS dans sa version actuelle.
Cependant, les performances reconnues des très faible (-125 à -130 dBm), le calcul de po-
GNSS ne sont pas optimales partout. Néces- sitionnement est rendu difficile en présence
sitant la vue d’au moins 4 satellites -pour un d’obstacles, de trajets multiples et d’atténua-
positionnement dans les trois dimensions-, tions des signaux, c’est-à-dire en particulier en
obtenu à partir de mesures de temps de par- ville et en intérieur.
cours d’un signal, dont la puissance reçue est
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Les cahiers de veille de la Fondation TELECOM
Galileo • Safety of Life Service (SoL) : complète l’OS
avec des données d’intégrité. Le domaine
Galileo, le GNSS européen, est un système qui
d’application visé est, entre autres, celui des
repose sur un jeu de trois fréquences. Il sera
transports
Piste 1 : améliorer les
disponible en 2012/2013. Monté et cofinancé
par l’Union Européenne et par l’Agence Spatiale • Commercial Service (CS) : avec deux signaux performances : HS-GNSS, A-GNSS
Européenne, il a été d’emblée conçu en terme supplémentaires, il permet une réception et E-GNSS
de marchés adressés et de revenus espérés. Il plus rapide des données et une précision
a été d’abord pensé en terme de services, puis accrue. Il fournit également des services à une durée donnée. Dans le cas de signaux GPS,
L’intervalle de temps initial pour accrocher un
la forme des signaux requis a ensuite été choi- valeur ajoutée payants l’intégration cohérente est limitée à 20ms.
premier satellite GNSS est d’autant plus long
sie. Du reste, ces services sont portés par une • Public Regulated Service (PRS) : dédié aux Galileo permet de faire des intégrations cohé-
(cf. encart “fondements technologiques des
combinaison subtile des signaux et bandes dis- services publics comme la police ou les GNSS” page 4) que le niveau du signal est fai- rentes de plus longue durée grâce aux pilot
ponibles. Mais il peut y avoir loin des objectifs douanes ble, ce qui est le cas en intérieur. L'HS-GNSS, tones qui sont des signaux ne contenant pas
décrits à la réalisation effective. Il en est ainsi • S earch and Rescue Service (SAR) : est la contri High Sensitivity GNSS, cherche à améliorer la de données de navigation.
d’une des pièces censée apporter une solution bution de Galileo au système de recherche et reconnaissance de ces signaux faibles. Trois L’avantage principal de l’approche HS-GNSS est
aux limites du GPS en couverture intérieure : le de sauvetage international COSPAS-SARSAT méthodes ont été explorées. qu’il n’est nul besoin d’intervenir sur l’infras-
chapitre local elements du programme Galileo Un premier satellite expérimental, GIOVE-A, a La première consistait à trouver directement la tructure actuelle des GNSS. Mais si les perfor-
n’est pas encore complètement bouclé. été lancé le 28 décembre 2005, suivi d’un se- fréquence du signal recherché à l’aide de sys- mances sont effectivement améliorées, les
Cinq services composent l’offre Galileo : cond, GIOVE-B, le 27 avril 2008. Ces deux satel- tèmes électroniques complexes. Malheureuse- cas de mauvaise détection du signal, et donc
• Open Service (OS) : prévu pour les marchés lites servent de démonstrateurs et permettent ment, cela signifie aussi des circuits consom- de positionnement hasardeux, restent fré-
grand public, il repose sur des signaux de valider les signaux et les modulations, d’ici mant beaucoup d’énergie, et cette piste a été quents, surtout en présence de signaux très
ouverts et une utilisation gratuite, comme le lancement effectif de la constellation à partir écartée. faibles.
Figure 2 : les 3 bandes de fréquence de Galileo,
entre 1.164 GHz et 1.591 GHz, deux bandes étant pour GPS ou GLONASS de 2009/2010. La deuxième propose une architecture paral- L’approche suivante, A-GNSS, Assisted GNSS,
partagées avec GPS (L1 et E5a). fait intervenir de nouveaux éléments dans l’in-
lèle, avec un grand nombre de circuits élémen-
frastructure globale (voir figure 3). Le récep-
taires explorant en même temps l’espace fré-
teur GPS est relié au réseau mobile, et reçoit
quentiel. Un calcul rapide montre que l’espace
de ce dernier des informations sur la constel-
de recherche est de l’ordre du million de possi-
lation, reçues dans de bonnes conditions au
bilités soit un million de chaînes de traitement
niveau d’une station de base du réseau mobile.
parallèles pour pouvoir trouver la solution en
L’idée est de réduire le Time To First Fix, ce qui
un temps d’horloge. Certains produits HS-GNSS
est l’une des principales préoccupations dans
actuels sont composés de 200 000 corréla-
le cadre de services géolocalisés qui doivent
teurs en parallèle. être rapidement disponibles. Une infrastructu-
La troisième voie est fondée sur des calculs re l'A-GNSS peut également suggérer au mobile
d’intégration d’énergie. Cette intégration peut (qui doit pouvoir interpréter ces informations)
Figure 3 : architecture de l'Assisted GNSS être cohérente ou non-cohérente, cette se- quels satellites observer en premier.
On le voit, aussi bien GPS que le futur Galileo localisation. Les enjeux sont aussi la réduction (BS : base station). conde possibilité étant moins efficace pour Cette approche nécessite à la fois que les sta-
sont engagés dans une voie de modernisation de la complexité du terminal, la réduction de la
tions de base et les mobiles récepteurs soient
des GNSS, mais tout ne se joue pas à hauteur consommation, ou encore la continuité de ser-
compatibles A-GNSS. Les États-Unis ont ici une
des satellites pour améliorer les services de vice entre extérieur et intérieur.
longueur d’avance, à la fois côté technologie et
marché.
Une troisième approche appelée Enhanced
GNSS, E-GNSS, et fondée sur la mise en œuvre
de la technique du Time Difference of Arrival
(TDOA) dans les réseaux mobiles, a été pro-
posée par la société Cambridge Positioning
System, CPS (depuis rachetée par la société
CSR). Elle fait partie des solutions dites hybri-
des, utilisant à la fois les signaux GNSS et ceux
de réseaux terrestres. Quand le signal GNSS
est de mauvaise qualité ou non disponible, les
calculs de positionnement via le TDOA pren-
nent le relais.
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Les cahiers de veille de la Fondation TELECOM
Piste 2 : l’apport d’autres
technologies
Finalement, quelles alternatives
Dans cette optique de solutions hybrides, de besoins qui en découlent, différents en extérieur
nombreux autres dispositifs techniques peu- ou en intérieur, ses sous-fonctions possibles,
pour quelles solutions ?
vent être utilisés en complément des GNSS : les comme l’aide à la navigation, ses contraintes, Il est légitime de se poser la question de l’intérêt À ces éléments, l'ingénieur doit également ajou-
réseaux de senseurs (infrarouges, ultrasons, comme la continuité de service entre extérieur de la localisation en intérieur, ainsi que du besoin ter les considérations suivantes :
capteurs de pression), les réseaux mobiles que et intérieur... en précision dans un tel milieu, et pour quelles • la couverture du dispositif peut être globale ou
nous venons de voir, des capteurs supplémen- Le schéma page 12 montre qu’à une multitude applications. Le constat technique est le suivant : locale. Elle est globale dans le cas du GNSS et
taires comme des accéléromètres, magnéto- de cas d’usages - mixant utilité du positionne- il existe une solution de positionnement de pré- du GSM, et améliorer ne serait-ce qu’un peu les
mètres, gyroscopes, les réseaux PAN et WLAN ment et niveau de précision exigé - se super- cision (quelques mètres), qui ne fonctionne qu’à performances de ces systèmes en intérieur est
(bluetooth, Wi-Fi, UWB...), voire même des tech- pose un grand nombre de solutions techniques. l’extérieur, et une autre, peu précise, qui fonction- une solution attractive du point de vue coûts.
nologies de type GNSS comme les pseudolites Et les besoins peuvent être encore plus fins que ne partout où le réseau mobile est disponible. Les Les approches inertielles sont également glo-
et les répéteurs. le simple positionnement, si l’on considère par applications grand public qui pourraient tirer pro- bales au sens où elles ne nécessitent aucun
Pour mesurer l’intérêt de telle ou telle hybrida- exemple le cas d’une visite guidée dans un mu- fit d’une bonne précision en intérieur sont actuel- émetteur supplémentaire. Les infrarouges,
tion, il faut tout d’abord considérer les différen- sée qui implique que l’utilisateur et son terminal lement la navigation et les services d’urgence. ultrasons et UWB sont en revanche des appro-
tes variables d’une fonction de localisation : sa se tournent aussi dans la bonne direction pour Existe-t-il une solution optimale ? L’ingénieur ches locales, nécessitant des déploiements
disponibilité, son niveau de précision, son coût recevoir le commentaire sur la bonne statue ! dispose de nombreux choix et doit effectuer des importants de composants, certes peu chers
(en complexité électronique et en énergie), les arbitrages : en comparaison. Les pseudolites et répéteurs,
• le dispositif donnant le positionnement : codes qui reprennent un signal global, offrent égale-
barres, détecteurs magnétiques, reconnais- ment une couverture locale. Enfin, des réseaux
Tableau 3 : précision offerte par les technologies TECHNIQUES INTÉRIEUR EXTÉRIEUR
utilisées pour le positionnement. sance d’images, infrarouges, ultrasons ou sys- comme les WLAN, amenés à se répandre de
Réseaux de Capteurs 1 cm à 5 m Non Adapté
RFID 200 m < 100 m
• les cibles des applications : allant du monde des ou à construire. Les solutions faisant appel à
GNSS Non disponible Environ 5 m
A-GNSS 10 m à Non disponible Environ 5 m transports à celui du tourisme, en passant par HS-GNSS, au GSM voire au WLAN utilisent des
Pseudolites Environ 10 cm Environ 5 m la sécurité civile ou par l’assistance à des per- infrastructures existantes (au bémol près que
Répéteurs Environ 1 à 2 m Environ 5 m sonnes présentant un risque médical pour atteindre les précisions souhaitées, il
Inertiel < 1 m (si recalage) < 1 m (si recalage) • sans oublier que les choix pertinents peuvent faut dans le cas WLAN une infrastructure plus
être différents en fonction des utilisateurs étoffée). Toutes les autres sont à construire,
concernés : un voyageur en quête de son avion en retenant si possible la plus légère, soit en
Le tableau 3 liste les différentes technologies les satellites en relayant, répétant ou diffusant n’a pas les mêmes besoins que l’agent de sécu- terme de coût, soit en terme de facilité de dé-
de positionnement disponibles en intérieur et leurs signaux. rité qui surveille l’aéroport ploiement.
en extérieur. Leur degré de précision est égale- Le positionnement inertiel consiste à calculer Tableau 4 : atouts des différentes technologies de
ment lié à leur portée. Si dans le cas des GNSS en continu le déplacement du mobile grâce à positionnement aujourd'hui. Pos Préc Disp Infra Ter Σ
la précision est inférieure à 5m partout où le son accéléromètre embarqué, à partir de po- R +++ ++ --- + +3
Réseaux de capteurs
signal est disponible, la précision de moins d’un sitions intermédiaires obtenues via les autres A + ++ -- + +2
mètre permise par les RFID ou les réseaux de techniques de localisation quand elles sont WLAN
A -- + ++ + +2
capteurs l’est parce que la portée de ce signal disponibles. Il est également possible de pren- Réseaux mobiles A - + ++ + +3
est du même ordre de grandeur, et un grand dre en compte l’orientation du mobile dans les Navigation par satellites A ++ + ++ ++ +7
nombre d’émetteurs RFID est donc nécessaire 3 dimensions. Systèmes inertiels R + ++ +++ - +5
R + +++ +++ - +6
quand cette technologie est employée. À ces techniques reposant sur du matériel,
Aucune des techniques TDOA, E-TDOA ou même ajoutons enfin deux applications récentes de la
Le tableau 4 résume les alternatives qui se de vue éclairant les choix du concepteur de
AOA, n’a été réellement implémentée à grande réalité augmentée : la première fait usage des
posent. Pour chaque technologie, la ligne services de géolocalisation. Un fond de carte
échelle dans les réseaux mobiles. Seule le Cell- images filmées par le mobile pour reconnaître
supérieure représente les performances en présente des usages de tous types, en inté-
ID (et de façon confidentielle le TDOA dans le l’environnement de l’utilisateur et le positionner,
intérieur, et la ligne inférieure celles en ex- rieur comme en extérieur, dans des contextes
cadre des E-GNSS) a fait l’objet d’un développe- ce qui implique des bases de données et des
térieur. La colonne Position indique si cette impliquant la sphère privée ou professionnelle,
ment commercial. algorithmes de reconnaissance des bâtiments
dernière est donnée de manière Absolue ou et dans des situations où le souci de confort,
Les pseudolites (pseudo-satellites) et répé- plutôt impressionnants ; la deuxième repose
Relative. Viennent ensuite les caractéristiques le besoin d’assistance, ou l’exigence d’urgence
teurs sont des équipements qui ne sont pas sur des codes barres contenant l’information
de précision, de disponibilité des signaux, de sont requis. On voit que selon les situations
des satellites, se trouvent au niveau du sol ou à de localisation et scannés par l’utilisateur à la
complexité des infrastructures requises, et et l’environnement, le degré de précision de-
des altitudes basses, et se comportent comme volée.
de complexité des terminaux. À chaque cellule mandé et l’importance de la disponibilité de
est associée une note, correspondant à l’état la localisation varient fortement. À ce schéma
des lieux aujourd’hui, la dernière colonne per- de fond on peut superposer les technologies
mettant de trier les technologies en sommant listées ci-dessus, les services aujourd’hui
leurs atouts. Ce type de tableau évoluera avec disponibles et ceux à venir, et surtout les ap-
le temps. plications qui profiteront d’une optimisation
Dans le schéma central de ce cahier page 12, conjointe des aspects positionnement et télé-
nous proposons également un autre point communications.
| 8-9Les cahiers de veille de la Fondation TELECOM
Vers une convergence entre
deux mondes : positionnement et utilisent pour cela l’identification de cellule – http://www.galileo-in-lbs.com/) est repré-
& télécoms (le « Cell-Id » implémenté dans les réseaux senté dans la figure ci-dessous. Il apparaît clai-
Tout au long de ces lignes nous avons vu peu à Certains systèmes mettent en œuvre une mobiles). Cette technique n’autorise pas la na- rement que plus de la moitié des applications
peu que les deux domaines du positionnement approche dite « symbolique ». Le positionne- vigation : les services proposés dans ce sens réclameraient la disponibilité d’un positionne-
et des télécommunications étaient finalement ment est alors donné en termes de pièce(s) ont recours à un système de navigation par ment en zones de non couverture des GNSS.
très liés. Ils le sont parce que le terminal prin- ou de couloir(s), et plus sous la forme de satellite.
Un des résultats du projet européen AGILE
cipal qui propose aujourd’hui les services de coordonnées géographiques. Le principal ob-
(Application of Galileo In the LBS Environment
géolocalisation est le mobile. Ils le sont aussi jectif de cette méthode est de pouvoir se dé-
parce que les composants électroniques GPS barrasser de contraintes d’implantation et de
sont de moins en moins chers à intégrer, que calibration des systèmes de positionnement
les cartographies numériques se banalisent, WLAN actuels. Il est en effet nécessaire, dans Sensitive to service quality
et que les usages de la géolocalisation se dé- la grande majorité des solutions proposées,
mocratisent. Ils le seront de plus en plus parce d’avoir recours à une phase de calibration et
que chacun des deux domaines peut apporter d’enregistrement de données afin de créer des Sensitive to indoor Emergency
positioning applications
des solutions aux problématiques de l’autre. bases de données qui serviront soit de bases People
Tracking
Des réseaux de capteurs sans-fil aux servi- de comparaison, soit de points de départ à des
Body E-112
ces géolocalisés, en passant par les RFID, les modélisations de la propagation en intérieur. Guard Emergency
WLAN et le cas particulier des piétons, petite L’approche symbolique n’a pas besoin de ces Services Services
revue des points de convergence entre posi- phases d’initialisation. e-commerce Shopping Navigation
Services
Services
tionnement et télécoms. applications
Le cas des piétons Locations
Basec
Location
Based
Réseaux de capteurs sans fil Les nouvelles cibles des systèmes de posi- Advertising Billing
Le sujet actuellement le plus proche des deux tionnement qui, comme nous l’avons déjà
domaines est certainement celui relatif à la mentionné, s’invitent dans les téléphones por- Way Point
Buddy
localisation dans les réseaux de capteurs tables, sont maintenant les biens, les objets Finder Messages
(WSN). Les approches théoriques qui y sont et bien sûr les individus. Le cas du piéton est
développées sont tout à fait intéressantes alors très difficile pour les divers systèmes
car inhabituelles par rapport à ce qui se fait en de positionnement, mais également pour tous Locations Travel/Info
positionnement classique. Le faible coût des les éléments constitutifs d’un système com- Based Mobility
Gaming
composants permet littéralement de les semer plet de navigation. Parmi ces éléments, il est
dans un espace donné, et même si chacun important de citer la représentation graphique
d’entre eux pris isolément diffusait sa posi- et l’interface homme machine. Pour le premier, Dating Traffic
Service Information
tion avec une faible précision, des algorithmes tout reste à faire côté cartographie : les gran-
Entertainment Viral Mobile
astucieux au niveau du terminal utilisateur des sociétés comme NavTeq ou TeleAtlas n’en applications Yellow Mobility applications
Community
pourraient profiter de la masse d’informations sont qu’aux toutes premières réflexions sur le Parking
Pages
en provenance de ces capteurs. Ajoutons éga- sujet. Pour le second, c’est un nouveau point location & Tour/City
availability Guide
lement que l’autonomie de ces capteurs, et les de convergence avec les télécommunications
Weather
processus d’auto-reconfiguration des réseaux qui, depuis plusieurs années, cherchent à in- Informations
ainsi construits permettent une relative robus- venter de nouvelles interfaces, plus intuitives
tesse des services de positionnement propo- et adaptatives.
sés. Figure 4 : les services géolocalisés
Les services géolocalisés dans le cas de Galileo.
Le rapprochement ainsi réalisé peut être
Projet européen Agile
considéré comme une première brique. Les diverses études menées, en particulier
dans le cadre de Galileo, mettent en avant
Réseaux de communication sans fil deux domaines principaux : les transports et De même, les notions de qualité de service ont tion est fondamentale : peut-on déployer des
L’utilisation des WLAN pour le positionnement les « LBS ». Les usages ainsi que les contextes été mises en avant. Les « plates-formes » vi- systèmes différents, ayant la même fonction-
constitue aussi un lien avec les télécommuni- d’emploi de la fonction « localisation » sont ce- sées sont également aussi variées que l’auto- nalité, et présentant des performances très
cations. Il en va de même de toutes les tech- pendant très différents dans les deux cas. S’il mobile, le train, l’individu et son téléphone différentes suivant les conditions d’environ-
mobile ou encore l’animal ou les biens. Enfin, nement ?
niques de positionnement utilisant les étiquet- s’agit principalement d’une fonction de guida-
la notion de continuité du service de localisa-
tes électroniques (RFID), passives ou actives. ge et de navigation dans le monde de l’automo-
Les systèmes de positionnement utilisant bile, réclamant une précision de localisation de
les WLAN réclament un nombre important de quelques mètres, la majorité des applications
stations de base pour fournir une précision de envisagées dans les LBS (recherche d’un point
bonne qualité. Ceci les différencie assez net- d’intérêt local, retrouver un ami, jouer de façon
tement des réseaux de télécommunication. géolocalisée, etc.) ne réclame qu’une localisa-
Cependant, sous réserve de pouvoir définir tion beaucoup plus « lâche » (parfois jusqu’à
la zone dans laquelle le terminal se trouve quelques centaines de mètres).
de façon fiable, la précision nécessaire n’est Par exemple, tous les opérateurs français pro-
de quelques mètres que dans de rares cas. posent des services fondés sur la localisation,
| 10-11Les cahiers de veille de la Fondation TELECOM
Contexte
de la géolocalisation
en perspective
socio-économique et Le positionnement : un besoin
Les usages
environnemental individuel et universel
Une formule célèbre prétend que toute nou- La sécurité est devenue un sujet prioritaire
velle technologie doit comporter une part de à l’échelle de la société. Les aléas provenant
magie pour connaître un large succès. Le posi- d’événements non contrôlés sont de moins
tionnement individuel en est un exemple frap- en moins bien acceptés. Les drames de la vie
pant, comme le montre le succès foudroyant ne sont plus mis sur le compte de la fatalité
des GPS portables pour voitures et la fascina- et de la malchance comme autrefois ; c’est la
tion qu’exercent les tous premiers téléphones société qui est directement mise en cause. On
˜ 100 m
mobiles équipés de GPS. attend de l’autorité publique qu’elle prenne les
Cet engouement correspond à des besoins, an- mesures qui s’imposent et conçoive les politi-
ciens, qui s’amplifient du fait des contraintes ques et les systèmes qui permettent de palier
de notre société, et trouvent avec les technolo-
non seulement aux impondérables, mais éga-
gies de positionnement individuel une réponse
Urgence (besoin impérieux)
lement aux errements des individus, et ce quel
satisfaisante.
qu’en soit le coût.
Un individu... Les technologies de positionnement et de té-
< 100 m
Dans notre société actuelle, chaque individu lécommunication ont un rôle à jouer dans l’éla-
qui peut se le permettre est attentif à : boration de solutions répondant à ces enjeux.
• s on temps : il est de plus en plus rare ; on ...vigilant sur l’atteinte à ses libertés...
veut perdre le moins de temps possible à
chercher un lieu, une personne et à se diriger, Les agences gouvernementales sont particuliè-
que ce soit en voiture ou à pied rement vigilantes, en Europe continentale, sur le
Assistance (aide éclairée)
sujet de la protection des données privées qui,
˜ 10 m
• sa sécurité : la demande sécuritaire va crois-
sante. Pouvoir se localiser ou localiser ses entre autre, incluent les informations de locali-
proches en toutes circonstances et pouvoir sation. Tout système de remontée de positions
communiquer sa position réduit l’incertitude géographiques d’une personne ou d’un véhicule
• s es loisirs : les nouvelles générations sont doit faire l’objet d’une étude préalable et recevoir
celles des jeux vidéo, du portable et du surf l’agrément de l’autorité compétente. En France
sur internet. Elles ont adopté ces usages la CNIL a déjà statué sur des projets de gestions
< 10 m
comme d’autres ont fixés autrefois une mon- de flotte et d’assurance et a accepté certains
Service (autonomie)
tre à leur poignet d’entre eux pour peu qu’ils respectent les princi-
• s on confort : en minimisant l’effort de re- pes suivant :
La directive 2002/58/CE «Vie privée et com- cherche • les données récoltées sont utilisées aux seu-
munications électroniques» s’applique dans • s a liberté et sa mobilité : l’incroyable sen- les fins de fonctionnement du service pour
les 27 États membres de l’Union européenne.
sation de maîtrise que de pouvoir trouver lequel elles sont destinées,
Comme le souligne Claire Levallois-Barth de
TELECOM ParisTech, elle réglemente les don- presque tout ce que l’on cherche en quelques • les échanges de données à caractères privé et
nées de trafic et les données de localisation, clics confidentiel sont limités au strict minimum né-
et a été transposée dans chaque État membre,
qq m
et plus spécifiquement en France dans le code ...influencé par l’évolution de cessaire au bon fonctionnement du service,
des Postes et Communications électroniques. • l’utilisateur, notamment privé, est informé de
De manière schématique, il faut retenir que les la société et notamment les
l’utilisation des données de positionnement
données doivent être anonymisées ou détrui- contraintes environnementales...
tes après la fourniture de la communication. Si et a donné son accord préalable,
tel n’est pas le cas, il faut le consentement de • les données personnelles sont stockées pour
l’usager ou de l’abonné. L’évolution récente des prix de l’énergie
combinée aux contraintes environnementales une durée limitée.
De plus, la directive européenne 95/46/CE
Les nombreux systèmes déjà en fonctionne-
˜1m
réglemente la collecte et le traitement des croissantes vont amener des changements
données personnelles. Si un service de géolo- profonds dans l’organisation de la société et ment en Europe montrent qu’il n’y pas d’in-
calisation collecte de telles données, la direc- compatibilité, moyennant une étude préalable
tive s’applique. En France, cette directive a été des modes de vies. De nouvelles pratiques
transposée par la loi Informatique et libertés. dans le travail, les loisirs, la vie sociale vont et quelques aménagements le plus souvent
Qu’il s’agisse de la réglementation spécifique se développer. La bonne gestion de la mobilité sans conséquence sur la qualité et les per-
Précision ➜
issue du code des postes et communications formances, entre des services fondés sur des
électroniques ou de la loi Informatique et liber-
prendra une importance capitale. Elle devra
tés, la CNIL est compétente. être optimisée, devenir multimodale, partagée, technologies de positionnement et le respect
coordonnée. de l’intimité des utilisateurs.
Pas
Utilité ➜ obligatoire Utile Important Indispensable | 12-13Les cahiers de veille de la Fondation TELECOM
Quelques exemples d'usage en Europe ...exprime une large palette de tivité, de la qualité et de la sécurité de pro-
aujourd'hui : gestion de flotte de véhicules, besoins cessus de production de biens et de servi-
information de trafic routier à partir • privés, qui relèvent de la sphère de consom- ces, - ou concernent la gestion d’actifs pour Modèle fonctionnel
mation de chaque individu. L’individu a be- en tirer le meilleur rendement financier ou en
des informations des véhicules (GPS ou
soin de se situer dans son environnement, assurer la sécurité ; Aux besoins exprimés plus haut répondent des nologies nécessaires au développement de
téléphone mobile), détection d’erreurs ou de situer des personnes, des biens ou des • publics et « sociétaux », qui correspondent applications offertes par des fournisseurs de services géolocalisés qui constitue une partie
cartographiques à partir d’enregistrements services par rapport à lui. On touche ici à un aux enjeux de mobilité et de sécurisation des services et des opérateurs. Ces applications essentielle de leur valeur. Il s’intègre dans la
besoin de confort, de sécurité et de producti- mixant positionnement et communication mo- chaîne de valeur comme la première étape de
de trajets dans les systèmes de navigation personnes et des biens auxquels la société
vité personnelle ; bilisent des données relatives à un environne- création du service.
portables (PND), système de péage routier • professionnels, qui sont en relation directe doit faire face. Il s’agit de gérer et d’optimiser ment physique localisé. S’ajoute bien entendu Il n’est pas possible de synthétiser une chaîne
avec l’activité économique. Ils sont d’ordre des systèmes de transport, d’infrastructure, une thématique spécifique à la nature du ser- de valeur représentant toutes les applications
utilisant les technologies GPS/GPRS en
organisationnel, - optimisation de la produc d’information à l’échelle de la communauté. vice. Le diagramme ci-dessous représente une géolocalisées, le découpage propre de la va-
Allemagne et bientôt aux Pays-Bas. tentative de modélisation fonctionnelle d’un leur entre les participants dépendant en effet
service géolocalisé. du type de service qui est adressé. Le schéma
Même partiel, ce modèle permet d’identifier ci-dessous donne cependant un cadre géné-
Figure 7 : plate-forme de services de et de visualiser les ressources et les tech- ral.
Le marché du positionnement positionnement
et son organisation
Fonctions de positionnement : Accès à des contenus : cartographie, table d’horaires, base de données de Interface homme machine :
extérieur, intérieur... lieu, d’événements, d’adresses, autres utilisateurs, contenus partagés... • site internet mobile
Il est courant pour un nouveau produit d’élec- méscopes numériques. Plus récemment les
tronique grand public de subir une période de • a pplication spécifique
GPS portables, introduits en 2003, ont mis à
probation de 4-5 ans avant, soit de connaître peine plus de 3 ans pour prendre leur envol, les avec interface de
Facturation :
un véritable succès auprès du grand public, consommateurs étant déjà familiarisés avec 1. à l’utilisateur Cœur du service : Agrégation, communication, protocole
soit de disparaître purement et simplement. 2. à l’annonceur (modèle publicitaire) recherche, mise en correspondance, applicatif...
les systèmes de navigation embarqués dans calcul spécifique, optimisation...
Tableau 5 : production annuelle de mobiles 3G Cette loi s’est parfaitement appliquée à des les véhicules introduits 10 ans plus tôt.
équipés de GPS – Source : Berg Insight 2007 produits comme le CD audio, le DVD, les ca-
Projections de marché en volume Gestion des annonces publicitaires :
• dans le cas d’un modèle fondé sur la publicité. Fonctions géographiques : géolocalisation, calcul d’itinéraire,
Compte tenu de la familiarité de la plupart des instruction de guidage, affichage cartographique...
• en fonction de la position, de critères de recherche, du profil de l’utilisateur...
Million units 2007 2008 2009 2010 2011 2012 consommateurs avec la cartographie sur In-
Europe ternet (Google Map), le GPS dans la voiture et
GPS Handset 5 22 65 156 170 190 les communications mobiles, l’acceptation par
Share of total 2% 8% 23 % 65 % 58 % 63 % le grand public d’outils de positionnement per-
North America
sonnel et notamment de téléphones équipés
GPS Handset 3 9 25 45 60 70 Définition,
de GPS et de cartographie devrait être rapide. Informations
Share of total 4% 12 % 32 % 57 % 75 % 88 %
Les premiers produits, disponibles depuis dé- Développement et données Production Distribution Commercialisation
du Service
but 2007, sont situés dans le haut de gamme
du marché ; les constructeurs prévoient ce- Fournisseurs de technologies Fournisseurs : Opérateur du service : Canaux : Distributeurs :
500 et de solutions : ●● Cartographie numérique ●● Opérateur mobile Internet : téléchargement de ●● 3 types de commercialisa-
pendant un déploiement rapide sur tous les ●●
Utilisation
●● Opérateur mobile intelligente ●● Fabricant de téléphone l’application et enregistre- tions envisagés :
400 segments dans les prochains 24 mois. Nokia a Fabricant de terminaux ●● Fournisseur d’information ●● « Pure Player » ment en ligne ●● Direct : c’est l’opérateur
Millions of units
déjà annoncé que d’ici 2010-12, plus de 50% de ●● Intégrateur de système
de trafic routier ●● Fabricant automobile ●● Terminal : pré-chargé sur le de service lui-même qui
300
leurs téléphones vendus dans le monde seront d’information (SSII) ●● Société de transport ●● Compagnie d’assurance terminal mobile (téléphone) distribue.
200 équipés de GPS. ●● Fabricant de GPS
(urbain, rural, multi-mode) ●● Banque ●● Opérateur mobile : il offre le
●● Fournisseur et développeur
●● Annuaire, Page Jaune,... ●● Administration territoriale service intégré ou comme
100 d’applications, d’outils de ●● Administration ●● Prestataire une option d’abonnement.
calcul, d’agrégation,... ●● Les utilisateurs ●● Entreprise de transport ●● Fabricant de terminaux : le
0 Figure 5 : production globale de mobiles équipés de ●● Solution de micro facturation
service fait partie intégrante
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 GPS – Source : iSuppli, oct. 2007 ●● Plate-forme de service
du téléphone ou de la boîte
publicitaire localisé noire.
60 Figure 8 : un modèle de chaîne de valeur Modèles économiques modèle s’applique tout particulièrement au
du positionnement.
Subscribers (millions )
Entertainment service très grand public ou dans le cas de
50 Family Locator Différents modèles économiques peuvent
réseaux de commercialisation mal adaptés
40 Enterprise s’appliquer et sont dans certains cas déjà uti-
Personal navigation à la vente par abonnement (ex : concession
30 lisés ou en cours d’expérimentation : automobile). Il implique en revanche une
●● licence attachée à la durée de vie du termi-
20 structure de coût fixe dans le temps ou la
nal : c’est le modèle utilisé pour les services possibilité de lisser les coûts variables sur
10 Figure 6 : nombre de souscripteurs aux services
LBS, par catégories, en Europe Occidentale. d’information trafic en Europe (RDS-TMC). une durée estimée d’utilisation moyenne,
0
2006 2007 2008 2009 2010 2011 Source : ABI Research 2007 Son grand avantage est sa simplicité. Le sans prendre trop de risque.
coût du service est intégré dans celui du ●● licence limitée dans le temps : variante du
terminal ; il ne nécessite aucun enregistre- précédent, ce modèle garde la même simpli-
ment préalable et permet de commercialiser cité de commercialisation mais offre plus de
le service sans effort supplémentaire. Ce flexibilité dans l’équilibre entre la structure
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