Service de géolocalisation par TDOA LoRaWAN

Encadrants: Olivier ALPHAND, Didier DONSEZ

Mots clé: Internet des objets, LPWAN, LoRa, géolocalisation, TDOA

Contexte

L’Internet des objets (IoD, en anglais Internet of things, IoT) représente l’extension d’Internet à des choses et à des lieux du monde physique. L’internet des objets est considéré comme la troisième évolution. Son développement s’est accéléré avec l’apparaison des technologies de communication dite longue distance (long range) et basse consommation (low power) comme Sigfox, LoRa, NB-IoT, LTE-M, ...

Une des applications importantes de cette technologie est la géolocation des biens et des personnes dans les domaines applicatives comme le suivi de flottes de véhicules, l’industrie 4.0, les opérations de secours aux personnes, .... La géolocalisation peut être effectuée par l’objet lui-même quand il dispose d’un module GNSS (GPS, Glosnass, LR1110 …). Le coût unitaire de l’objet est rencherit et la durée de la vie de la batterie est diminuée. L’alternative est la géolocalisation par le réseau. Elle consiste à utiliser des informations de qualité radio et les dates de réception (par les stations) des messages envoyés par les objets (dite TDOA pour Time Difference On Arrival https://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_arrival) pour calculer la position de l’objet (fixe ou mobile).

En 2019, 3 élèves ENSIMAG 2A ont 1) réalisé un état de l’art des solutions de géolocalisation proposées et existantes (comme Collos/LoRaCloud) dans les réseaux LPWAN et 2) proposé des algorithmes de géolocalisation par TDOA (pour NodeJS). Ces algorithmes ont été évalués avec un premier jeu de données issu d’un vol de ballon sonde https://gricad-gitlab.univ-grenoble-alpes.fr/thingsat/public/-/tree/master/balloons/2019-05-09

Objectifs

Les objectifs de ce projet de spécialité sont:

• de mettre à jour l’état de l’art des solutions de géolocalisation par TDOA
• d’évaluer les algorithmes de géolocalisation par TDOA développés en 2019 avec les nouveaux jeux de données constitués avec les vols ballon en 2020 et 2021 https://gricad-gitlab.univ-grenoble-alpes.fr/thingsat/public/-/tree/master/balloons ainsi que les messages produits actuellement par les gateways TDOA du réseau LoRaWAN privé de l’UGA GINP et les messages emis du satellite Thingsat https://gricad-gitlab.univ-grenoble-alpes.fr/thingsat/public/-/blob/master/cubesat_mission/README.md
• de porter en Python les algorithmes de géolocalisation par TDOA développé en 2019 (en Javascript/Typescript) : l'objectif est d'utiliser ces algorithmes dans des notebooks Jupyter.
• de réaliser un service REST open-source de géolocalisation par TDOA (en FastAPI ou Flask Python) compatible avec l’API v3 de LoRaCloud https://www.loracloud.com/documentation/geolocation?url=v3.html . Ce service sera hébergé par l’API gateway à l’adresse https://thingsat-api.univ-grenoble-alpes.fr

Time Difference of Arrival