Prototypage et analyse de performances d'un système de ranging pour une localisation par UWB

Abstract

Durant cette dernière décennie, les réseaux de capteurs sans fil (WSN) et plus généralement les liens de collecte dans l'Internet des Objets et les réseaux pour les systèmes ambiants, ont suscité une forte attention dans le monde industriel et celui de la recherche. Une de leurs applications est la localisation indoor des noeuds communicants. Le mécanisme d'évaluation de la distance entre les noeuds (ranging) est nécessaire pour les noeuds afin de déterminer leur position de façon précise. Les travaux de recherche présentés dans cet article s'inscrivent dans cette thématique et visent à utiliser les liens radio de type Ultra Wide Band (UWB), proposés par l'amendement de l'année 2007 de la norme IEEE 802.15.4, également utilisée par Zigbee et 6LoWPAN. Les transmissions UWB permettent d'obtenir un ranging performant par mesure de temps de vol (Time of Flight, ToF) qui permet d'alimenter des algorithmes et des protocoles de localisation des noeuds, sans matériel dédié (GPS, accéléromètre, ...). Pour que cette capacité de localisation soit réellement intéressante sur le plan applicatif, les messages de ranging doivent être intégrés dans les messages usuels du réseau (données, beacons, acquittements, etc.). Or, parce que le ranging repose sur des messages contraints temporellement, cette intégration pose problème, notamment à cause de la dérive des horloges qui n'est plus négligeable si les échanges sont étalés dans le temps. On aboutit alors à une grande imprécision de mesure de ToF et donc, de distance. Pour corriger ces erreurs, nous avons introduit des techniques originales de corrections algorithmiques dynamiques afin d'éliminer ces imprécisions. Une solution protocolaire de mesure est proposée et évaluée par un prototypage réel. Les résultats montrent une précision d'une vingtaine de centimètres, ce qui est bien meilleur que les solutions précédentes étudiées et qui laisse envisager la proposition future d'une inclusion du trafic de ranging dans le trafic usuel du réseau.