Système de localisation Indoor optimisé et submétrique basé sur la technologie Rfid Uhf

Optimized And Sub-Metric Indoor Localization System Based On Uhf Rfid Technology

• Auteur / Autrice : Elias Hatem
• Direction : Jean-Marc Laheurte, Bachar El Hassan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Optronique et Systèmes
• Date : Soutenance le 10/12/2021
• Etablissement(s) : Paris Est en cotutelle avec Université Libanaise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire électronique, systèmes de communication et microsystèmes - Laboratoire électronique, systèmes de communication et microsystèmes
• Jury : Président / Présidente : Fouzia Boukour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marc Laheurte, Bachar El Hassan, Yvan Duroc, Elizabeth Colin, Sara Abouchakra, Antoine Diet, Youmni Ziadeh
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yvan Duroc

Mots clés

Mots clés contrôlés

IEEE 802.11 (norme)

Ondes électromagnétiques -- Propagation

Localisation

Internet des objets

GPS

Systèmes d'identification par radiofréquence

Mots clés libres

Rss

Estimation de position

Multilateration

Multi-Trajets

Rfid

Constellation

Rss

Position estimated

Multilateration

Multipath

Rfid

Constellation

Résumé

Les applications de localisation à l’extérieur des bâtiments (outdoor) sont courantes depuis la généralisation du GPS. A l’intérieur (indoor), la localisation se révèle nécessaire dans une grande variété d’environnements, d’où la question de la continuité du service de positionnement de l’extérieur vers l’intérieur. Pour le moment, il n’existe pas de solution standard équivalente au GPS en indoor. Plusieurs technologies et différentes techniques ont été utilisées pour la localisation indoor. La technologie RFID peut notamment apporter des avantages pertinents, grâce à son coût raisonnable, sa haute précision et sa détection sans trajet direct. Notre travail couvre plusieurs aspects pour mettre en œuvre un système de localisation RFID simple, efficace et caractérisé par une haute précision, de l'ordre sub-métrique, et une adaptation à des scénarios multiples. Bien qu’on assiste au développement de quelques systèmes de localisation indoor qui utilisent la technique RSS (Received Signal Strength), ils restent de faible précision et avec une stabilité limitée. Etant donné que l’amélioration de la stabilité du système influe sur sa précision, le système proposé se décline en deux étapes : hors ligne (offline) et en ligne (online). Durant la phase hors ligne, les valeurs des signaux reçus sont collectées pour créer une carte radio et extraire les paramètres d'atténuation correspondant à l’environnement. Durant la phase en ligne, la position du lecteur RFID est estimée en appliquant la technique de multilatération. La fiabilité et la précision du système ont été améliorées grâce à différentes approches. Pour la phase hors ligne, la méthode de la moyenne pondérée des facteurs d'atténuation (Weighted Average Attenuation Factor) a été appliquée pour obtenir une meilleure modélisation du canal de propagation. Un modèle simulé a été aussi présenté en utilisant le logiciel WinProp afin de limiter le nombre de mesures extensives. En plus, le concept de constellation de balises RFID est introduit dans la phase en ligne pour réduire l'incertitude dans la localisation. Ce principe consiste à créer une diversité des signaux à l’aide d’un groupe de balises qui fonctionnent ensemble à la même fréquence. Le dimensionnement de la constellation, en termes de rayon, de forme et de nombre de balises est une étape qui permet entre autres d’étudier son influence sur la précision du système. Ensuite, les performances du système, implémenté avec quatre constellations, ont été améliorées en appliquant deux nouveaux modèles empiriques de propagation des signaux : le modèle à double pente (Double One Slope Model) et le modèle à double pente et de second ordre (Double One Slope Second Order Model). Ce système a été optimisé avec l’estimateur de maximum de vraisemblance (Maximum Likelihood Estimator) en tant que technique de combinaison de signaux RSS pour obtenir une précision de localisation optimale de 60 centimètres, avec seulement 0,25 balises RFID par mètre carré. Avec ce nombre limité des balises RFID déployées, notre système de localisation a par conséquent un coût réduit

The performance of outdoor localization systems has become excellent since the emergence of GPS. In indoor, the need for positioning services in all environments is highly recommended. The question is the continuity of positioning services from outdoor to indoor. Till now, there is no standard solution equivalent to indoor GPS. Several technologies and different techniques are used for indoor localization. The RFID technology has received great attention, thanks to its low cost, high accuracy and Non line of Sight (NLoS) detection. Our work covers several aspects to implement a simple and effective RFID indoor localization system with high accuracy up to sub-metric order and adaptive to multiple scenarios. Most of developed indoor localization systems use the Received Signal Strength (RSS) technique. These systems remain low accuracy and limited stability. To improve the system’s stability and the location accuracy, the proposed system is consisted of two stages: offline and online. During the offline stage, the received signal values are collected to build a radio map and extract the attenuation parameters of the considered environment. During the online stage, the RFID reader position is estimated by applying the multilateration technique.The system’s reliability and location accuracy are improved through different approaches. For the offline stage, the Weighted Average Attenuation Factors (WAAF) method is used to extract accurate environmental calibration parameters. A simulated model is also presented via WinProp software to reduce the need for costly measurements.In addition, the concept of the constellation of tags is introduced in the online stage to mitigate the location uncertainty. The concept consists of a group of tags that work together at the same frequency creating signals’ diversity. The dimensions of the constellation, in term of radius, shape and number of tags, will be the main key to study its influence on the location accuracy. Then, the system performance, implemented with four constellations, was improved by applying two new empirical signal propagation models: Dual One Slope Model (DOSM) and Dual One Slope with Second Order Model (DOSSOM). This system was lastly optimized by Maximum Likelihood Estimator (MLE) as a signal combining technique to achieve an optimal location accuracy of 60 centimeters, with only 0.25 RFID tags per square meters. This limited number of RFID tags deployed confirms the reduced system expenses