Systèmes de localisation en temps réel basés sur les réseaux de communication sans fil

Des techniques fiables de radiolocalisation s’avèrent indispensables au développement d’un grand nombre de nouveaux systèmes pertinents. Les techniques de localisation basées sur les réseaux de communication sans-fil (WNs) sont particulièrement adéquates aux espaces confinés et fortement urbanisés. Le présent projet de recherche s’intéresse aux systèmes de localisation en temps réel (RTLS) basés sur les technologies de communication sans-fil existantes. Deux nouvelles techniques de radiolocalisation alternatives sont proposées pour améliorer la précision de positionnement des nœuds sans-fil mobiles par rapport aux méthodes conventionnelles basées sur la puissance des signaux reçus (RSS). La première méthode de type géométrique propose une nouvelle métrique de compensation entre les puissances de signaux reçus par rapport à des paires de stations réceptrices fixes. L’avantage de cette technique est de réduire l’effet des variations du milieu de propagation et des puissances d’émission des signaux sur la précision de localisation. La même métrique est sélectionnée pour former les signatures utilisées pour créer la carte radio de l’environnement de localisation durant la phase hors-ligne dans la deuxième méthode de type analyse de situation. Durant la phase de localisation en temps réel, la technique d’acquisition comprimée (CS) est appliquée pour retrouver les positions des nœuds mobiles à partir d’un nombre réduit d’échantillons de signaux reçus en les comparant à la carte radio préétablie. Le calcul d’algèbre multilinéaire proposé dans ce travail permet l’utilisation de ce type de métrique ternaire, équivalemment la différence des temps d’arrivée (TDOA), pour calculer les positions des cibles selon la technique de CS. Les deux méthodes sont ensuite validées par des simulations et des expérimentations effectuées dans des environnements à deux et à trois dimensions. Les expériences ont été menées dans un bâtiment multi-étages (MFB) en utilisant l’infrastructure sans-fil existante pour retrouver conjointement la position et l’étage des cibles en utilisant les techniques proposées. Un exemple emblématique de l’application des RTLS dans les zones urbaines est celui des systèmes de transport intelligents (ITS) pour améliorer la sécurité routière. Ce projet s’intéresse également à la performance d’une application de sécurité des piétons au niveau des intersections routières. L’accomplissement d’un tel système repose sur l’échange fiable, sous des contraintes temporelles sévères, des données de positionnement géographique entre nœuds mobiles pour se tenir mutuellement informés de leurs présences et positions afin de prévenir les risques de collision. Ce projet mène une étude comparative entre deux architectures d’un système ITS permettant la communication entre piétons et véhicules, directement et via une unité de l’infrastructure, conformément aux standards de communication dans les réseaux ad hoc véhiculaires (VANETs)

Urban, suburban and rural channel models based on cellular and wireless area network signals for positioning purposes

Location information is becoming more and more useful in everyday life. The cellular- based and wireless area network based positioning are being used to predict the location of users in environments such as indoors and densely urban, where the Global Navigation Satellite Systems often fail. The Received Signal Strength (RSS) is used more and more due to its wide availability on any mobile device and based on various signals. However, studies about the availability of signal measurements in various urban and sub-urban scenarios and about the RSS fluctuations in various terrain types are still lacking in the current literature. The main objective of this thesis is to analyze method wide range of measurement-based RSS in urban, suburban and rural environments. The thesis is divided in two parts. In the literature study part, issues related to cellular and wireless local area networks (WLANs) such as frequency bands, system architectures, radio interfaces and RSS measurements are described. Also the propagation channel characteristics and the different path-loss models existing in the literature are exposed. The information explained in this part was useful in order to be able to process the available data measurements. In the measurements and analysis part, the collected results were evaluated. The different parameters of cellular and WLAN signals were studied and compared. Availability of signals in various scenarios, density of the transmitters and path loss coefficients were deeply analyzed, by dividing the measured scenarios into seven distinct environments: airport areas, Seaside or beach areas, Mountain or forest areas, suburban areas, densely urban areas, lake areas, and other urban areas. The obtained results provide more insight into the availability of RSS signal measurements on mobile devices nowadays and into the possibility of creating generic and unified RSS-based positioning algorithms (based on the similarities between different types of signals and different types of environments)