VT2015 Geolocalisation Indoor

=Présentation=
 * Sujet : Geolocalisation Indoor : Google Eddystone, Apple iBeacon, AltBeacon
 * Auteur : Jérémy HAMMERER
 * Enseignants : Didier Donsez, Georges-Pierre Bonneau
 * Date : 02/10/2015

=Résumé=

La géolocalisation indoor permet de localiser une personne ou un objet situé en intérieur grâce à des coordonnées. Il existe plusieurs types de géolocalisation indoor. Le guidage, qui consiste à guider une personne dans un lieu couvert. La micro-localisation, qui permet d'interagir de façon rapprochée avec un objet. Enfin, le geofencing, qui permet de savoir lorsqu'une personne entre dans une certaine zone. Les beacons ou balises sont une technologie permettant de faire efficacement du geofencing. En effet, ces balises envoient un identifiant unique dans un certain rayon. Elles couvrent donc une certaine zone. Lorsqu'une personne entre dans cette zone, son smartphone va capter le signal de la balise. Si cette personne possède une application qui "connait" l'identifiant de cette balise, l'application va pouvoir envoyer des informations liées à la balise, comme par exemple les réductions sur un produit.


 * Mots-clés : géolocalisation, indoor, guidage, micro-localisation, geofencing, beacons, balises.

=Abstract= Indoor positioning allows to locate a person or an object locate inside a building thanks to coordinates. There are three types of indoor positioning. The first consist of guiding a person in a covered area. The second allows to interact closely with an object. Finally, the third type, called geofencing, seeks to locate a person or an object which is in a particular area. Beacons are a technology that is used to do geofecing effectively. In fact, beacons send a unique identifier within a certain radius. In conclusion, they cover an area. When people enter in a beacon area, their smartphone smartphone receive the beacon identifier. If people own an application which know the beacon idenfier, the application will send informations which are linked to the beacon.


 * Keywords : positioning, indoor, guiding, geofencing, beacons.

=Synthèse=

Contexte
La géolocalisation est un principe qui, de nos jours, est très réputé et utilisé. Par définition, la géolocalisation est le fait de localiser un objet (mobile ou non) ou une personne sur un plan à l'aide de ses coordonnées. Actuellement, le système de géolocalisation le plus connu est le GPS (Guidage Par Satellite). Il permet de géolocaliser plus ou moins efficacement une personne sur terre. Le problème de cette technologie est qu'elle ne permet malheureusement pas de géolocaliser avec une forte précision une personne située dans un lieu couvert. En effet, les murs, les toits et les interférences des bâtiments détériorent le signal GPS. Mais encore cette technologie ne permet pas dans un bâtiment de plusieurs étages de connaître à quel étage on se situe. La technologie GPS n'est donc pas utile pour ce que l'on appelle la géolocalisation indoor ou géolocalisation en intérieur. Il existe trois types de géolocalisation indoor. La première, a un but proche du GPS. C'est à dire qu'elle va permettre à une personne d'être guidée dans un bâtiment. La seconde, appelée micro-localisation, a pour but de se géolocaliser de manière très rapproché. Plus précisément, on va interagir avec un objet qui est plus ou moins proche de nous et le fait d'interagir avec cet objet va permettre de s'avoir où l'on se situe. Le troisième type de géolocalisation est appelée geofencing. Ce dernier type consiste en la géolocalisation d'une personne ou d'un objet à partir du moment qu'il entre dans une certaine zone.

Les technologies
Dans le but de permettre la géolocalisation indoor, plusieurs types de technologies ont vu le jour. Ces technologies sont les suivantes :


 * Wi-Fi Positioning System (WPS) : Cette technologie est actuellement beacoup utilisée pour guider des personnes en intérieur. Elle permet, comme son nom l'indique, de positionner une personne à l'aide du Wi-Fi. Elle n'est malheureusement pas assez précise pour proposer de la micro-localisation ou du geofencing.


 * Near Field Communication (NFC) : Cette technologie permet une communication de courte portée entre des appareils. On peut à partir de cela, savoir que la technologie NFC est très efficace pour la micro-localisation. Sa courte portée ne permet cependant pas de faire du guidage ou du geofencing


 * Localisation par champ magnétique : En connaissant les différents champs magnétiques d'un bâtiment il est possible de se gélocaliser dans celui-ci. Cette technologie est extrêmement précise. Elle est très efficace pour du guidage et pour du geofencing. Cependant, elle nécessite une cartographie magnétique d'un bâtiment pour pouvoir géolocaliser et actuellement très peu de bâtiments sont cartographiés.


 * Beacon : Les beacons, ou balises, sont une technologie permettant de localiser une personne ou un objet entrant dans un certain espace. C'est donc une technologie efficace pour du geofencing. Cette technologie est décrite un peu plus loin dans cette synthèse.

Comme nous pouvons le voir, chacune de ces technologies a ses avantages et ses inconveignants dans la géolocalisation indoor. Dans la suite de cette synthèse nous allons nous focaliser sur la technologie des beacons.

Les marchés
Les marchés dans lesquels se développent les beacons sont de plus en plus nombreux. En voici quelques exemples :


 * Les centres commerciaux : En s'approchant d'un commerce, une personne pourrait être mise au courant, via une application mobile, des promotions que celui-ci propose.


 * Les commerces : Les personnes utilisant l'application du commerce pourraient être mises au courant lorsqu'elles passent dans un certain rayon des nouveaux produits que celui-ci propose. Une telle technologie peut aussi être utilisée, par exemple, par un commerçant qui désirerait connaître les rayons qui sont le plus visités pour pouvoir réorganiser son magasin.


 * Les espaces intérieurs publics : Hôpitaux, Universités...


 * Les musées : Un exemple d'utilisation de beacons sera expliqué plus loin dans la synthèse.



Les acteurs
Actuellement, il existe plusieurs acteurs travaillant sur la technologie des beacons. Les trois principaux sont Apple, Google et Radius Network. Tous les trois proposent un format de beacon avec des spécifications précises et des API. Apple propose le format iBeacon, Google propose le format Eddystone et Radius Networks propose le format AltBeacon. Il existe aussi d'autres acteurs comme par exemple Qualcomm, Philips et Motorola.

Fonctionnement des beacons
Les beacons utilisent la technologie sans fil appelée Bluetooth Low Energy (BLE) qui est apparue avec les spécifications bluetooth 4.0. Le BLE a pour caractéristique d'envoyer de très petites quantités d'informations. Il a donc pour avantage de consommer peu d'énergie pour fonctionner. Cette technologie est très intéressante pour fonctionner sur des supports ayant besoin de peu consommer comme par exemple les appareils mobiles qui fonctionnent à l'aide de piles où d'une batterie. Les beacons n'étant pas reliées directement au secteur ont donc besoin de consommer le moins possible, c'est pour cela qu'elles utilisent le BLE pour communiquer. Plus précisément, une beacon est un petit boîtier assez discret qui a un seul rôle qui est d'envoyer régulièrement en BLE, dans un certain rayon, un identifiant unique qui la représente. Le plus gros du travail se fait côté client. La personne ou la société qui a mis en place la beacon, doit proposer une application qui permet de la détecter. En effet, lorsqu'une personne possédant l'application va passer dans la zone d'action de la beacon, elle va, au bout d'un moment, recevoir le message envoyé par la beacon contenant son identifiant. L'application va reconnaître l'identifiant de la balise et va pouvoir proposer le service représenté par la beacon (par exemple afficher les soldes sur une paire de chaussures).

Comparaison de beacons
Le tableau ci-dessous montre une comparaison entre différents formats de beacons (iBeacon, AltBeacon, Eddystone) :

Conclusion
En conclusion, on peut voir que les différents formats de beacons cités précédement ne sont pas très différents, mis à part que le format iBeacon d'Apple n'est pas open source et qu'il ne propose pas de solution logicielle officielle pour le développement Android. La technologie des beacons est très efficace pour faire de la géolocalisation de type geofencing. Cependant, elle est moins efficace pour faire du guidage (car pour être précis, il faut un grand nombre de beacons), et encore moins pour faire de la micro-localisation (car la portée des beacons est trop grande). Enfin, cette technologie est toute récente et il reste encore beaucoup de services à proposer.

Un exemple d'utilisation des beacons
À Anvers, en Belgique il existe un musée appelé la maison de Rubens. Ce musée, comme son nom l'indique, était avant la maison d'un peintre nommé Pierre Paul Rubens (1577-1640). Ce musée propose de découvrir la maison du peintre, ses oeuvres et aussi les oeuvres de ses élèves. Avec l'accord des gérants du musée, la société Prophets a mis en place un dispositif constitué de beacons au format iBeacon permettant aux utilisateurs via une application IOS de découvrir le musée de manière ludique. Lorsqu'un utilisateur passe devant une peinture, l'application envoie une notification et affiche des informations sur l'oeuvre ou bien encore propose des jeux concernant l'oeuvre.