WO2021069638A1 - Procédé de géolocalisation d'une balise de diffusion d'un système de communication sans fil - Google Patents

Procédé de géolocalisation d'une balise de diffusion d'un système de communication sans fil Download PDF

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WO2021069638A1
WO2021069638A1 PCT/EP2020/078368 EP2020078368W WO2021069638A1 WO 2021069638 A1 WO2021069638 A1 WO 2021069638A1 EP 2020078368 W EP2020078368 W EP 2020078368W WO 2021069638 A1 WO2021069638 A1 WO 2021069638A1
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broadcast
ref
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beacon
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PCT/EP2020/078368
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Olivier Isson
Renaud MARTY
Christophe JELOYAN
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Sigfox
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Publication date
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    • G01S5/0278—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves involving statistical or probabilistic considerations

Definitions

  • the present invention belongs to the field of geolocation.
  • the invention relates to a method and a device for geolocation of a broadcast beacon of a wireless communication system.
  • a broadcast beacon of the communication system can be configured to repeatedly send a broadcast message to terminals of the wireless communication system which are within range of the broadcast beacon, that is to say which are sufficiently close to the broadcast beacon to receive and decode the broadcast message.
  • the broadcast message includes an identifier of the broadcast beacon.
  • the terminals are configured to send, in response to receipt of the broadcast message, an association message to the access network.
  • the association message includes the identifier of the broadcast beacon extracted from the received broadcast message.
  • the association message also usually includes an identifier of the terminal, although this is not essential for the invention.
  • An association message sent by a terminal provides information to the access network that said terminal is within range of the broadcast beacon, that is to say in a geographical area close to the broadcast beacon. Such arrangements can have different applications.
  • the geographical position of the broadcast beacon may not be initially known by the access network, for example if it was acquired by a client without this client indicating to the operator of the access network to which place he plans to install the broadcast beacon.
  • a receiver it is of course possible to integrate a receiver into a broadcast beacon.
  • a satellite positioning system such as GPS (“Global Positioning System”), in order to be able to determine in real time the position of the broadcast beacon.
  • GPS Global Positioning System
  • such a solution increases the cost of the broadcast beacon and is not always functional, in particular if the broadcast beacon is positioned in a place where the signals transmitted by the satellites are not received.
  • the objective of the present invention is to remedy all or part of the drawbacks of the prior art, in particular those set out above.
  • the present invention relates to a method of geolocation of a broadcast beacon of a wireless communication system.
  • the broadcast beacon is configured to repeatedly transmit a broadcast message to at least one terminal of the wireless communication system.
  • the broadcast message includes an identifier of the broadcast beacon.
  • the terminal is configured to send, in response to receipt of the broadcast message, an association message to an access network of the communication system.
  • the association message includes the identifier of the broadcast beacon extracted from the received broadcast message.
  • the association message sent by the terminal can be received simultaneously by several base stations of the access network.
  • the geographical position of the broadcast beacon is determined as a function of the geographical position of at least one base station of the access network, called a “reference base station”, the geographical position of which is known and having received the message. association issued by the terminal.
  • association messages can be sent by one and the same terminal or else by several different terminals having received a broadcast message from the beacon to be geolocated.
  • reference base stations can be considered to determine the geographic position of the broadcast beacon.
  • the reference base stations can correspond to:
  • the different messages considered can be sent by a single terminal at different times (for example in response to several different broadcast messages received from the broadcast beacon), or else by several different terminals (in response to a single broadcast message, or in response to several different broadcast messages received from the broadcast beacon).
  • the invention may further include one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination.
  • the geographical position of the broadcast beacon is further determined as a function of a measurement carried out for each reference base station of a value representative of a level of radio link quality between the terminal and said reference base station.
  • the radio link in question corresponds to the link established between the terminal and the reference base station for the transmission of this message.
  • the geographic position of the broadcast beacon is a weighted average of the geographic positions of the reference base stations.
  • Each geographical position of a reference base station is weighted by a coefficient whose value is representative of the level of radio link quality between the terminal and said reference base station.
  • the geographic position of the broadcast beacon is determined using a machine learning algorithm as a function of the measurements made and as a function of the geographic positions of the reference base stations.
  • a group of several association messages are considered to determine the geographic position of the broadcast tag.
  • Each association message considered was sent by a terminal of the communication system in response to a broadcast message received from the broadcast beacon.
  • Each association message considered has been received by at least one reference base station.
  • the geographic position of the broadcast beacon is determined as a function of a geographic position of the broadcast beacon estimated for each message in the group.
  • a virtual measurement is calculated for each reference base station from the measurements made for said reference base station for the various association messages received by said reference base station.
  • the geographical position of the broadcast beacon is then determined as a function of the virtual measurements obtained and the geographical positions of the reference base stations.
  • the geographic position of the broadcast beacon is a weighted average of the geographic positions of the reference base stations.
  • Each geographical position of a reference base station is weighted by a coefficient whose value is representative of the virtual measurement calculated for said reference base station.
  • the geographic position of the broadcast beacon is determined by an automatic regression learning algorithm as a function of the measurements made and as a function of the geographic positions of the reference base stations.
  • the present invention relates to a computer program product comprising a set of program code instructions which, when they are executed by one or more processors, configure the processor or processors to implement a method of geolocation of a broadcast beacon according to any one of the preceding embodiments.
  • the present invention relates to a server of a wireless communication system.
  • the wireless communication system includes a broadcast beacon configured to repeatedly transmit a broadcast message to at least one terminal of the wireless communication system.
  • the broadcast message includes an identifier of the broadcast beacon.
  • the terminal is configured to send, in response to the reception of the broadcast message, an association message intended for an access network of the communication system.
  • the association message includes the identifier of the broadcast beacon extracted from the received broadcast message.
  • the association message sent by the terminal can be received simultaneously by several base stations of the access network.
  • the server is connected by a communication link to the base stations of the access network.
  • the server is configured to implement a method of geolocation of the broadcast beacon according to any one of the preceding embodiments.
  • the present invention relates to an access network of a wireless communication system.
  • the access network includes a plurality of base stations and a server as previously described.
  • FIG. 1 a schematic representation of a wireless communication system comprising at least one terminal and an access network comprising a plurality of base stations and a broadcast beacon,
  • FIG. 2 a schematic representation of the main steps of a geolocation process for a broadcast beacon according to the invention
  • FIG. 3 a schematic representation of the main steps of a first particular embodiment of a geolocation method according to the invention
  • FIG. 4 a schematic representation of the main steps of a second particular embodiment of a geolocation method according to the invention
  • FIG. 5 a schematic representation of the main steps of a third particular embodiment of a geolocation method according to the invention.
  • FIG. 6 a schematic representation of the main steps of a fourth particular embodiment of a geolocation method according to the invention.
  • FIG. 7 a schematic representation of a model used by a machine learning algorithm implementing a geolocation method according to invention.
  • the present invention finds a particularly advantageous application, although in no way limiting, in wireless communication systems of the Internet of Things type (loT, for “Internet Of Things” in the English literature) or of the M2M type (English acronym). Saxon for "Machine to Machine”).
  • FIG. 1 schematically represents a wireless communication system 10, comprising one or more terminals 20 and an access network 30.
  • the access network 30 comprises several base stations 31 and a server 32 connected to said base stations 31.
  • the data exchanges are essentially one-way, in this case on an uplink from the terminals 20 to the access network 30 of said wireless communication system 10.
  • the planning of the access network 30 is often carried out such that a given geographical area is simultaneously covered by several base stations 31, such that a message sent by a terminal 20 can be received by several base stations 31.
  • a message sent by a terminal 20 can be received by several base stations 31.
  • the same message sent by the terminal 20 can be received, decoded, and processed by several base stations 31 (and not only by a single base station with which the terminal is associated).
  • Each base station 31 is adapted to receive messages from terminals 20 which are within its range.
  • a message sent by a terminal 20 includes in particular an identifier of the terminal making it possible to identify said terminal 20.
  • Each message thus received is for example transmitted to the server 32 of the access network 10, possibly accompanied by other information such as an identifier of the base station 31 which received it, a value representative of the quality of the radio signal carrying the message, the central frequency on which the message was received, a date on which the message was received, etc.
  • the server 32 processes, for example, all the messages received from the different base stations 31.
  • the wireless communication system 10 is, for example, a low power consumption wireless wide area network known by the term LPWAN (acronym for “Low Power Wide Area Network”).
  • LPWAN Low Power Wide Area Network
  • Such a communication system without wire is a long-range access network (greater than one kilometer, or even greater than a few tens of kilometers), with low energy consumption (for example an energy consumption during the transmission or reception of a message less than 100 mW, or even less than 50 mW, or even less than 25 mW), and whose data rates are generally less than 1 Mbits / s.
  • Such wireless communication systems are particularly suitable for applications involving connected objects.
  • the wireless communication system 10 may be an ultra-narrowband communication system.
  • ultra narrow band (“Ultra Narrow Band” or UNB in English literature) is meant that the instantaneous frequency spectrum of the radio signals emitted by the terminals has a frequency width of less than two kilohertz, or even less than one kilohertz. .
  • Such a system makes it possible to significantly limit the power consumption of the terminals when they communicate with the access network.
  • the system 10 further comprises at least one broadcast beacon 33.
  • the broadcast beacon 33 is configured to repeatedly send a broadcast message to the terminals 20 of the wireless communication system 10 which are within range of the beacon. broadcast 33, that is to say which are sufficiently close to the broadcast beacon 33 to receive and decode the broadcast message.
  • the broadcast message includes an identifier of the broadcast beacon 33.
  • the terminals 20 are configured to send, in response to the reception of the broadcast message, an association message intended for the access network 30 of the communication system 10. .
  • the association message includes the identifier of the broadcast beacon 33 extracted from the broadcast message received.
  • the association message can also include the identifier of the terminal 20.
  • the geographical position of the broadcasting beacon 33 is sought.
  • One or more base stations 31 correspond to reference base stations BS Ref .
  • a BS Ref reference base station is a base station 31 of the access network 30, the geographical position of which is known and which has received an association message sent by the terminal 20 in response to the reception of a message from broadcast emitted by the broadcast beacon 33.
  • a single terminal 20 is shown.
  • This terminal 20 is located inside a zone 35 of coverage of the broadcasting beacon 33, in other words it is within range of the broadcasting beacon 33, that is to say it is sufficiently close to the broadcast beacon 33 for receiving and decoding the broadcast message.
  • the terminal 20 is located within a coverage area 34 of two different BS Ref reference base stations. In other words, the terminal 20 is sufficiently close to each of these two reference base stations BS Ref so that the association message sent by the terminal 20 in response to the reception of a broadcast message from the beacon 33 can be received and decoded by said reference base stations BS Ref . It should be noted that nothing prevents, in order to implement a method of geolocation of the broadcasting beacon 33, from considering several different terminals 20 which would be located in the zone 35 of coverage of the broadcasting beacon 33.
  • the server 32 can in particular be used to implement all or part of a method for geolocation of the broadcast beacon 33.
  • the server 32 comprises a processing circuit comprising one or more processors and storage means ( magnetic hard disk, electronic memory, optical disk, etc.) in which a computer program product is stored, in the form of a set of program code instructions to be executed in order to implement at least part of the steps of a method of geolocation of a broadcast beacon 33 of the wireless communication system 10.
  • the processing circuit of the server 32 comprises one or more programmable logic circuits (FPGA, PLD, etc.), and / or one or more specialized integrated circuits (ASIC), and / or a set of discrete electronic components , etc., adapted to implement steps of the geolocation method.
  • the server 32 includes software and / or hardware means for implementing a geolocation method according to the invention.
  • FIG. 2 schematically represents the main steps of a method 100 for geolocation of the broadcast beacon 33.
  • the geolocation method 100 comprises in particular a step 101 of determining at least one reference base station BS Ref whose geographical position is known and which has received an association message sent by at least one terminal 20 in response to the reception of a broadcast message sent by the broadcast beacon 33.
  • the server 32 can in fact determine which base stations 31 have received an association message comprising the identifier of the broadcast beacon 33 (a base station which receiving such an association message can in fact transmit said message to the server accompanied by an identifier of the base station).
  • the method 100 then comprises a step 102 of determining the geographical position of the broadcasting beacon 33 as a function of the geographical position of each reference base station BS Ref determined in step 101.
  • the server 32 has access to a database comprising the geographical positions of a whole set of base stations 31 which can then play the role of reference base stations BS Ref .
  • the geographical position of the broadcast beacon 33 can be determined in step 102 as being the geographical position of said reference base station BS Ref .
  • the geolocation precision of the broadcast beacon 33 is relatively low.
  • the geographical position of the broadcast beacon 33 can be defined in step 102 as being an average of the geographical positions of the different communication stations.
  • geographical position is understood to mean, for example, a system of two coordinates corresponding to the latitude and the longitude. An average geographic position calculated between several geographic positions will then have for latitude the average value of the latitudes of the various geographic positions and for longitude the average value of the longitudes of the various geographic positions. None prevents, however, also considering a third coordinate corresponding to an altitude above sea level.
  • the value representative of the quality of the radio link used is a received power level (“Received Signal Strength Indicator” or RSSI in English literature) measured for a base station 31 for a signal carrying a message transmitted by a terminal 20. It should however be noted that other values representative of the quality of the radio link could be used, such as for example signal attenuation, a signal to noise ratio of the signal (“Signal on Noise Ratio” or SNR in English literature) or a quality indicator of the communication channel (“Channel Quality Indicator” or CQI) . The choice of a particular value representative of the quality of the radio link constitutes only one variant of the invention. It should also be noted that the measurement can be carried out either directly by the base station which received the message, or indirectly. by the server 32 on the basis of information supplied by the base station which received the message.
  • FIG. 3 schematically represents the main steps of a first particular embodiment of the geolocation method 100 according to the invention.
  • this first particular embodiment we consider a single association message sent by the terminal 20 in response to a broadcast message from the broadcast beacon 33, and received by several reference base stations BS Ref . An RSSI measurement of the power level with which the association message is received is then performed for each BSR ef reference base station used.
  • Step 201 is identical to step 101 described above with reference to Figure 2.
  • step 202 an RSSI value is measured for each reference base station BS Ref determined in step 201 for the association message considered.
  • step 203 the geographical position of the broadcast beacon 33 is determined not only as a function of the geographical position of each reference base station BS Ref determined in step 201, but also as a function of the RSSI values measured at l. 'step 202 for these reference base stations BS Ref .
  • the geographical position of the broadcast beacon 33 is determined as being a weighted average of the geographical positions of the reference base stations BS Ref , each geographical position of a reference base station BS Ref being weighted by a coefficient whose the value is representative of the quality level of the radio link (that is to say the value of RSSI in the example considered) established between the terminal 20 and said reference base station BS Ref during the exchange of the message association considered.
  • - K is the number of reference base stations BS Ref used to determine the geographical position of the broadcast beacon 33
  • Z k is the known geographical position of a reference base station BS Ref of index k
  • - Zc is the determined geographical position of the broadcasting beacon 33.
  • Each weighting coefficient a k is for example calculated according to the expression below:
  • - rssi k is the measurement of the received power level (RSSI measurement) performed for the reference base station BS Ref of index k,
  • - Y is a normalization factor whose value is constant. Note that the same symbol g is used hereafter in different mathematical expressions to represent a normalization factor. However, the value of the normalization factor may vary from one expression to another.
  • the RSSI measurement is expressed in dBm (power ratio in decibels between the measured power and one milliwatt).
  • the RSSI metric is a negative value. The greater the absolute value of the RSSI measurement, the lower the measured received power level. Conversely, the smaller the absolute value of the RSSI measurement, the stronger the measured received power level.
  • Such arrangements make it possible to determine the geographical position of the broadcasting beacon 33 as a function of the geographical positions of the reference base stations BS Ref while favoring the reference base stations BS Ref for which the association message in question has been received. with a high RSSI level. In other words, to determine the geographical position of the broadcast beacon 33, greater confidence is given to the reference base stations BS Ref which have received the association message considered with a high RSSI level.
  • the geographical position of the broadcasting beacon 33 using a machine learning algorithm based on a pre-established model from measurements of RSSI level or RSSI level differences.
  • the model is for example constructed during a learning phase by associating known geographic positions with values of weighting coefficients such as those described by the expression [Math. 2]
  • the machine learning algorithm is configured to determine, during a search phase, a geographical position of a broadcasting beacon from the model thus constructed and from values of weighting coefficients calculated for base stations reference having received a particular association message associated with said broadcast beacon.
  • FIG. 4 schematically represents the main steps of a second particular embodiment of the geolocation method 100 according to the invention.
  • a group of several association messages (Msg # 1, Msg # 2, ... Msg #N) are considered to determine the geographical position of the broadcast beacon 33.
  • Msg # 1, Msg # 2, ... Msg #N are considered to determine the geographical position of the broadcast beacon 33.
  • Each association message considered has been received by at least one reference base station BS Ref .
  • an RSSI measurement of the radio link is carried out for said base station when the association message is received.
  • a determination of at least one reference base station BS Ref which has received said message d association considered (step 401). This determination of at least one reference base station BS Ref for a particular message is identical to step 201 described previously with reference to FIG. 3 for the first particular mode of implementation. Also, for each association message considered, an RSSI measurement of the power level with which said association message was received is performed for each of the reference base stations BS Ref having received said association message (step 402) . This determination of an RSSI measurement for each reference base station BS Ref for a particular message is identical to step 202 described previously with reference to FIG. 3 for the first and for the second particular mode of implementation.
  • FIG. 5 schematically represents the main steps of a third particular embodiment of the geolocation method 100 according to the invention.
  • This third particular embodiment is based on the second particular embodiment previously described with reference to FIG. 4.
  • the step 501 of determining, for each association message considered, at least a reference base station, and the step 502 of determining, for each association message considered, an RSSI measurement for each reference base station having received said association message are respectively identical to steps 401 and 402 of the second particular embodiment described with reference to FIG. 4.
  • This third particular embodiment further comprises a step 503 in which, for each association message considered, an estimated geographical position of the broadcast beacon is determined, as well as a step 504 in which the geographical position of the broadcast beacon is determined as a function of the various positions estimated at step 503.
  • the estimated geographical position of the broadcast beacon 33 can be determined as being the average of the geographical positions of the reference base stations BS Ref having received said association message.
  • this average can be weighted as a function of weighting coefficients whose values are representative of the RSSI measurements measured for the reference base stations having received said association message.
  • the estimated geographical position Z m, x of the broadcast beacon 33 can be defined by the expression below:
  • K m is the number of reference base stations BS Ref having received the association message with index m
  • k is the weighting coefficient associated with the reference base station of index k
  • weighting coefficient a m, k can be defined according to the expression below:
  • rssi m k is the received power level measurement (RSSI measurement) for the reference base station BS Ref with index k for the association message with index m
  • y is a constant normalization value
  • the geographical position Z x of the broadcasting beacon 33 can for example be defined as a simple average of the geographical positions thus estimated:
  • M is the total number of association messages considered.
  • the estimation made for a particular message in step 503 of the geographical position of the broadcast beacon 33 and / or the final determination in step 504 of the geographical position of the broadcasting beacon 33 could also be carried out using a machine learning algorithm, for example an algorithm of the data partitioning type ("data clustering" in the English literature). Also, other weighting factors than the RSSI measurement could be taken into consideration to determine weighting coefficients for the different BS Ref reference base stations.
  • FIG. 6 schematically represents the main steps of a fourth particular embodiment of the geolocation method 100 according to the invention.
  • This fourth particular embodiment is based on the second particular embodiment previously described with reference to FIG. 4.
  • step 602 of determining, for each association message considered, an RSSI measurement for each reference base station BS Ref having received said association message are respectively identical in steps 401 and 402 of the second particular embodiment described with reference to FIG. 4.
  • This fourth particular embodiment further comprises a step 603 in which a virtual measurement is calculated for each reference base station BS Ref from the RSSI measurements carried out for said reference base station for the various association messages. received by said reference base station.
  • the virtual measurement calculated for a reference base station BS Ref can correspond to a simple average of the RSSI measurements carried out for said reference base station for the various association messages received by said reference base station, this which can be translated by the expression below:
  • Vrssi k is the virtual measurement calculated for a reference base station BSR ef of index k
  • step 604 the geographical position of the broadcasting beacon 33 is determined as a function of the virtual measurements thus obtained and as a function of the geographical positions of the reference base stations BS Ref .
  • the geographical position Z x of the broadcast beacon 33 can for example be defined as a weighted average of the geographical positions Z k of the K reference base stations BS Ref .
  • each geographical position of a reference base station is weighted by a weighting coefficient representative of the virtual measurement calculated for said reference base station:
  • association messages When several association messages are considered to determine the position of the broadcasting beacon 33, as is the case for example for the embodiments described with reference to FIGS. 4 to 6, it is possible, for each message association, to take into account the RSSI level with which a terminal 20 received the broadcast message which led to the transmission of said association message (the measurement can for example be included in the association message by the terminal). It is then possible to weight each association message according to the RSSI measurement associated with it. For example, it is possible to give a greater weighting coefficient (and therefore greater importance) to an association message with a higher RSSI metric.
  • the geographical position of the broadcasting beacon 33 is determined by an automatic regression learning algorithm as a function of the measurements made and as a function of the geographical positions of the reference base stations BS Ref .
  • Figure 7 shows an example of a model used by the machine learning algorithm.
  • the model corresponds to a matrix of characteristics stored in a database accessible by the server 32.
  • the machine learning algorithm is configured to generate a regression function to determine the geographic position (longitude, latitude) of a broadcast beacon from this feature matrix.
  • Each row of the matrix corresponds to a broadcast beacon of the communication system 10.
  • a group of P association messages comprising the identifier of the broadcast beacon 33 received by the access network,
  • the first 3N columns of the characteristic matrix correspond respectively to the RSSI measurement, the longitude and the latitude of N reference base stations BS Ref having the largest RSSI measurement values for a first association message.
  • Columns (3xN + 1) through 6xN correspond to similar values for a particular second message.
  • the columns ((P-1) x (3xN) +1) to Px3xN correspond to similar values for a particular P th message. Note that if some characteristic matrix values are not available (eg if there are less than N identified reference base stations for a given association message) default values can be used. Also, other characteristics specific to each base station can be added in the matrix of characteristics, for example the altitude of the reference base station, or the environment in which it is located (urban, mountainous, maritime environment , etc.).
  • distribution beacons to be geolocated correspond to diffusion beacons whose geographic position is known.
  • the P association messages of the same line correspond to association messages received (possibly from different terminals) during a certain period of time
  • different lines associated with the same broadcast beacon correspond to different periods of time (and therefore to different sequences of association messages received during said periods of time).
  • the P messages of the same line correspond to association messages sent by one and the same terminal for a certain period of time
  • different lines associated with the same base station correspond to different terminals (and possibly at different time periods too).
  • the regression function can be used to predict the geographic position of a broadcast beacon on the one hand from the model stored in the database and on the other hand from the RSSI measurements taken. for a group of association messages.
  • Different types of regression machine learning algorithms can be used, such as, for example, algorithms of the “Decision tree forest” type (“Random forest” in the English literature) or of the “Gradient improvement” type ( “Gradient boosting” in Anglo-Saxon literature ”).
  • a selection of N reference base stations BS Ref having the largest measured RSSI values is carried out for each message considered. It should however be noted that it is possible to make a selection of N reference base stations or of P association messages according to different criteria. For example, the P association messages and the N base stations could be selected to maximize the number of common base stations having received the P association messages. According to another, the P association messages and the N base stations could be selected to maximize the spatial diversity of the base stations.
  • the present invention achieves the objectives set.
  • the invention makes it possible to geolocate a broadcast beacon of a wireless communication system in a simple and inexpensive manner, without it being necessary to modify the various elements of the system in software and / or hardware.

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Abstract

L'invention concerne un procédé (100) de géolocalisation d'une balise de diffusion (33) d'un système (10) de communication sans fil. La balise est configurée pour émettre de manière récurrente, à destination des terminaux (20) du système, un message de diffusion comportant un identifiant de la balise. Le terminal est configuré pour émettre, en réponse à la réception du message de diffusion, à destination d'un réseau d'accès (30) du système, un message d'association comportant l'identifiant de la balise. Le message d'association émis par le terminal peut être reçu simultanément par plusieurs stations de base du réseau d'accès. La position géographique de la balise de diffusion est déterminée en fonction de la position géographique d'au moins une station de base de référence (BSRef) dont la position géographique est connue et ayant reçu le message d'association émis par le terminal.

Description

Procédé de géolocalisation d’une balise de diffusion d’un système de communication sans fil
Domaine de l’invention
La présente invention appartient au domaine de la géolocalisation. Notamment, l’invention concerne un procédé et un dispositif de géolocalisation d’une balise de diffusion d’un système de communication sans fil.
Etat de la technique
Pour opérer un système de communication sans fil, il est important de connaître la position géographique de certaines infrastructures que comporte le système, comme par exemple des stations de base ou des balises de diffusion.
Une balise de diffusion du système de communication peut être configurée pour émettre de manière récurrente un message de diffusion à destination des terminaux du système de communication sans fil qui sont à portée de la balise de diffusion, c’est-à-dire qui sont suffisamment proches de la balise de diffusion pour recevoir et décoder le message de diffusion. Le message de diffusion comporte un identifiant de la balise de diffusion. Les terminaux sont configurés pour émettre, en réponse à la réception du message de diffusion, un message d’association à destination du réseau d’accès. Le message d’association comporte l’identifiant de la balise de diffusion extrait du message de diffusion reçu. Le message d’association comporte aussi généralement un identifiant du terminal, bien que cela ne soit pas indispensable pour l’invention. Un message d’association émis par un terminal apporte l’information au réseau d’accès que ledit terminal se situe à portée de la balise de diffusion, c’est-à- dire dans une zone géographique proche de la balise de diffusion. De telles dispositions peuvent avoir différentes applications. Cela permet par exemple d’identifier des groupes de terminaux qui sont associés à une même balise de diffusion, afin de traiter ces terminaux d’une manière particulière. Cela peut également permettre, lorsque la position géographique de la balise de diffusion est connue, d’en déduire une position géographique approximative des terminaux qui sont associés à la balise de diffusion.
La position géographique de la balise de diffusion peut cependant ne pas être connue initialement par le réseau d’accès, par exemple si elle a été acquise par un client sans que ce client n’indique à l’opérateur du réseau d’accès à quel endroit il envisage d’installer la balise de diffusion.
Il est bien sûr envisageable d’intégrer à une balise de diffusion un récepteur d’un système de positionnement par satellites, tel que le GPS (« Global Positioning System »), afin de pouvoir déterminer en temps réel la position de la balise de diffusion. Toutefois, une telle solution augmente le coût de la balise de diffusion et n’est pas toujours fonctionnelle, notamment si la balise de diffusion est positionnée dans un endroit où les signaux émis par les satellites ne sont pas reçus.
S’il existe actuellement de nombreuses solutions pour déterminer la position géographique d’un terminal d’un système de communication sans fil, la problématique consistant à déterminer la position géographique d’une balise de diffusion n’est pas actuellement abordée. Aussi, il existe un besoin d’une solution permettant de déterminer en temps réel et avec suffisamment de précision la position d’une balise de diffusion d’un système de communication sans fil.
Exposé de l’invention
La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur, notamment ceux exposés ci-avant.
Selon un premier aspect, la présente invention concerne un procédé de géolocalisation d’une balise de diffusion d'un système de communication sans fil. La balise de diffusion est configurée pour émettre de manière récurrente un message de diffusion à destination d’au moins un terminal du système de communication sans fil. Le message de diffusion comporte un identifiant de la balise de diffusion. Le terminal est configuré pour émettre, en réponse à la réception du message de diffusion, un message d’association à destination d’un réseau d’accès du système de communication. Le message d’association comporte l’identifiant de la balise de diffusion extrait du message de diffusion reçu. Le message d’association émis par le terminal peut être reçu simultanément par plusieurs stations de base du réseau d'accès. La position géographique de la balise de diffusion est déterminée en fonction de la position géographique d'au moins une station de base du réseau d'accès, dite « station de base de référence », dont la position géographique est connue et ayant reçu le message d’association émis par le terminal.
Pour mettre en oeuvre le procédé de géolocalisation d’une balise de diffusion, il est possible de considérer un seul message d’association ou plusieurs messages d’association. Dans le cas où plusieurs messages d’association sont considérés, lesdits messages d’association peuvent être émis par un seul et même terminal ou bien par plusieurs terminaux différents ayant reçu un message de diffusion de la balise à géolocaliser. Aussi, plusieurs stations de base de référence peuvent être considérées pour déterminer la position géographique de la balise de diffusion. Par exemple, les stations de base de référence peuvent correspondre à :
- plusieurs stations de base ayant reçu un même message d’association comportant l’identifiant de la balise en provenance d’un même terminal, ou
- plusieurs stations de base ayant reçu différents messages d’association comportant l’identifiant de la balise en provenance d’un même terminal,
- plusieurs stations de base ayant reçu différents messages d’association comportant l’identifiant de la balise en provenance de plusieurs terminaux différents.
Lorsque plusieurs messages d’association sont considérés, les différents messages considérés peuvent être émis par un seul terminal à différents instants (par exemple en réponse à plusieurs messages de diffusion différents reçus de la balise de diffusion), ou bien par plusieurs terminaux différents (en réponse à un seul et même message de diffusion, ou bien en réponse à plusieurs messages de diffusion différents reçus de la balise de diffusion).
Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, l’invention peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, la position géographique de la balise de diffusion est déterminée en outre en fonction d'une mesure effectuée pour chaque station de base de référence d'une valeur représentative d’un niveau de qualité de lien radio entre le terminal et ladite station de base de référence.
Pour un message d’association particulier émis par un terminal et reçu par une station de base de référence, le lien radio en question correspond au lien établi entre le terminal et la station de base de référence pour la transmission de ce message.
Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, la position géographique de la balise de diffusion est une moyenne pondérée des positions géographiques des stations de base de référence. Chaque position géographique d'une station de base de référence est pondérée par un coefficient dont la valeur est représentative du niveau de qualité de lien radio entre le terminal et ladite station de base de référence.
Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, la position géographique de la balise de diffusion est déterminée à l’aide d’un algorithme d'apprentissage automatique en fonction des mesures effectuées et en fonction des positions géographiques des stations de base de référence.
Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, un groupe de plusieurs messages d’association sont considérés pour déterminer la position géographique de la balise de diffusion. Chaque message d’association considéré a été émis par un terminal du système de communication en réponse à un message de diffusion reçu de la balise de diffusion. Chaque message d’association considéré a été reçu par au moins une station de base de référence. Pour chaque message d’association considéré, pour chacune des stations de base de référence ayant reçu ledit message d’association, une mesure d'une valeur représentative d’un niveau de qualité de lien radio entre ladite station de base et le terminal ayant émis ledit message d’association est effectuée.
Il est avantageux de considérer plusieurs messages d’association pour déterminer la position géographique de la balise de diffusion car cela permet de diminuer le biais et la variance d’estimation. Plus le nombre de messages d’association considérés est grand, et meilleure est la précision de géolocalisation de la balise de diffusion.
Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, la position géographique de la balise de diffusion est déterminée en fonction d'une position géographique de la balise de diffusion estimée pour chaque message du groupe.
Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, une mesure virtuelle est calculée pour chaque station de base de référence à partir des mesures effectuées pour ladite station de base de référence pour les différents messages d’association reçus par ladite station de base de référence. La position géographique de la balise de diffusion est alors déterminée en fonction des mesures virtuelles obtenues et des positions géographiques des stations de base de référence.
Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, la position géographique de la balise de diffusion est une moyenne pondérée des positions géographiques des stations de base de référence. Chaque position géographique d'une station de base de référence est pondérée par un coefficient dont la valeur est représentative de la mesure virtuelle calculée pour ladite station de base de référence.
Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, la position géographique de la balise de diffusion est déterminée par un algorithme d'apprentissage automatique de régression en fonction des mesures effectuées et en fonction des positions géographiques des stations de base de référence.
Selon un deuxième aspect, la présente invention concerne un produit programme d’ordinateur comportant un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en oeuvre un procédé de géolocalisation d’une balise de diffusion selon l’un quelconque des modes de mise en oeuvre précédents. Selon un troisième aspect, la présente invention concerne un serveur d'un système de communication sans fil. Le système de communication sans fil comporte une balise de diffusion configurée pour émettre de manière récurrente un message de diffusion à destination d’au moins un terminal du système de communication sans fil. Le message de diffusion comporte un identifiant de la balise de diffusion. Le terminal est configuré pour émettre, en réponse à la réception du message de diffusion, un message d’association à destination d’un réseau d’accès du système de communication. Le message d’association comporte l’identifiant de la balise de diffusion extrait du message de diffusion reçu. Le message d’association émis par le terminal peut être reçu simultanément par plusieurs stations de base du réseau d'accès. Le serveur est relié par un lien de communication aux stations de base du réseau d’accès. Le serveur est configuré pour mettre en oeuvre un procédé de géolocalisation de la balise de diffusion selon l’un quelconque des modes de mise en oeuvre précédents.
Selon un quatrième aspect, la présente invention concerne un réseau d’accès d’un système de communication sans fil. Le réseau d’accès comporte une pluralité de stations de base et un serveur tel que précédemment décrit.
Présentation des figures
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures 1 à 7 qui représentent :
[Fig. 1] une représentation schématique d’un système de communication sans fil comportant au moins un terminal et un réseau d’accès comprenant une pluralité de stations de base et une balise de diffusion,
[Fig. 2] une représentation schématique des principales étapes d’un procédé de géolocalisation d’une balise de diffusion selon l’invention,
[Fig. 3] une représentation schématique des principales étapes d’un premier mode particulier de mise en oeuvre d’un procédé de géolocalisation selon l’invention,
[Fig. 4] une représentation schématique des principales étapes d’un deuxième mode particulier de mise en oeuvre d’un procédé de géolocalisation selon l’invention,
[Fig. 5] une représentation schématique des principales étapes d’un troisième mode particulier de mise en oeuvre d’un procédé de géolocalisation selon l’invention,
[Fig. 6] une représentation schématique des principales étapes d’un quatrième mode particulier de mise en oeuvre d’un procédé de géolocalisation selon l’invention,
[Fig. 7] une représentation schématique d’un modèle utilisé par un algorithme d’apprentissage automatique mettant en oeuvre un procédé de géolocalisation selon l’invention.
Dans ces figures, des références identiques d’une figure à une autre désignent des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas nécessairement à une même échelle, sauf mention contraire.
Description détaillée d’un mode de réalisation de l’invention
La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse, bien que nullement limitative, dans les systèmes de communication sans fil de type internet des objets (loT, pour « Internet Of Things » dans la littérature anglo-saxonne) ou de type M2M (acronyme anglo-saxon pour « Machine to Machine »).
La figure 1 représente schématiquement un système 10 de communication sans fil, comportant un ou plusieurs terminaux 20 et un réseau d’accès 30. Le réseau d’accès 30 comporte plusieurs stations de base 31 et un serveur 32 reliées auxdites stations de base 31 .
Dans un tel système 10 de communication sans fil, les échanges de données sont essentiellement monodirectionnels, en l’occurrence sur un lien montant des terminaux 20 vers le réseau d’accès 30 dudit système 10 de communication sans fil. Afin de minimiser les risques de perdre un message émis par un terminal 20, la planification du réseau d’accès 30 est souvent réalisée de telle sorte qu’une zone géographique donnée est couverte simultanément par plusieurs stations de base 31 , de telle manière qu’un message émis par un terminal 20 peut être reçu par plusieurs stations de base 31 . On entend par là qu’un même message émis par le terminal 20 peut être reçu, décodé, et traité par plusieurs stations de base 31 (et non pas seulement par une unique station de base à laquelle le terminal serait associé).
Chaque station de base 31 est adaptée à recevoir des messages des terminaux 20 qui se trouvent à sa portée. Un message émis par un terminal 20 comporte notamment un identifiant du terminal permettant d’identifier ledit terminal 20. Chaque message ainsi reçu est par exemple transmis au serveur 32 du réseau d’accès 10, éventuellement accompagné d’autres informations comme un identifiant de la station de base 31 qui l’a reçu, une valeur représentative de la qualité du signal radio transportant le message, la fréquence centrale sur laquelle le message a été reçu, une date à laquelle le message a été reçu, etc. Le serveur 32 traite par exemple l’ensemble des messages reçus des différentes stations de base 31 .
Le système 10 de communication sans fil est par exemple un réseau étendu sans fil à basse consommation électrique connu sous le terme LPWAN (acronyme anglais de « Low Power Wide Area Network »). Un tel système de communication sans fil est un réseau d’accès à longue portée (supérieure à un kilomètre, voire même supérieure à quelques dizaines de kilomètres), à faible consommation énergétique (par exemple une consommation énergétique lors de la transmission ou de la réception d’un message inférieure à 100 mW, voire inférieure à 50 mW, voire même inférieure à 25 mW), et dont les débits sont généralement inférieurs à 1 Mbits/s. De tels systèmes de communication sans fil sont particulièrement adaptés pour des applications impliquant des objets connectés.
Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, le système 10 de communication sans fil peut être un système de communication à bande ultra étroite. Par « bande ultra étroite » (« Ultra Narrow Band » ou UNB dans la littérature anglo- saxonne), on entend que le spectre fréquentiel instantané des signaux radio émis par les terminaux est de largeur fréquentielle inférieure à deux kilohertz, voire inférieure à un kilohertz. Un tel système permet de limiter significativement la consommation électrique des terminaux lorsqu’ils communiquent avec le réseau d’accès.
Le système 10 comporte en outre au moins une balise de diffusion 33. La balise de diffusion 33 est configurée pour émettre de manière récurrente un message de diffusion à destination des terminaux 20 du système 10 de communication sans fil qui sont à portée de la balise de diffusion 33, c’est-à-dire qui sont suffisamment proches de la balise de diffusion 33 pour recevoir et décoder le message de diffusion. Le message de diffusion comporte un identifiant de la balise de diffusion 33. Les terminaux 20 sont configurés pour émettre, en réponse à la réception du message de diffusion, un message d’association à destination du réseau d’accès 30 du système 10 de communication. Le message d’association comporte l’identifiant de la balise de diffusion 33 extrait du message de diffusion reçu. Le message d’association peut également comporter l’identifiant du terminal 20.
Dans l’exemple considéré et illustré à la figure 1 , la position géographique de la balise de diffusion 33 est recherchée. Une ou plusieurs stations de base 31 correspondent à des stations de base de référence BSRef. Une station de base de référence BSRef est une station de base 31 du réseau d’accès 30 dont la position géographique est connue et qui a reçu un message d’association émis par le terminal 20 en réponse à la réception d’un message de diffusion émis par la balise de diffusion 33.
Sur la figure 1 , un seul terminal 20 est représenté. Ce terminal 20 est situé à l’intérieur d’une zone 35 de couverture de la balise de diffusion 33, autrement dit il est à portée de la balise de diffusion 33, c’est-à-dire qu’il est suffisamment proche de la balise de diffusion 33 pour recevoir et décoder le message de diffusion. Aussi, le terminal 20 est situé à l’intérieur d’une zone de couverture 34 de deux stations de base de référence BSRef différentes. Autrement dit, le terminal 20 est suffisamment proche de chacune de ces deux stations de base de référence BSRef pour que le message d’association émis par le terminal 20 en réponse à la réception d’un message de diffusion provenant de la balise 33 peut être reçu et décodé par lesdites stations de base de référence BSRef. Il convient de noter que rien n’empêche, pour mettre en oeuvre un procédé de géolocalisation de la balise de diffusion 33, de considérer plusieurs terminaux 20 différents qui seraient situés dans la zone 35 de couverture de la balise de diffusion 33.
Le serveur 32 peut notamment être utilisé pour mettre en oeuvre tout ou partie d’un procédé de géolocalisation de la balise de diffusion 33. A cette fin, le serveur 32 comporte un circuit de traitement comportant un ou plusieurs processeurs et des moyens de mémorisation (disque dur magnétique, mémoire électronique, disque optique, etc.) dans lesquels est mémorisé un produit programme d’ordinateur, sous la forme d’un ensemble d’instructions de code de programme à exécuter pour mettre en oeuvre une partie au moins des étapes d’un procédé de géolocalisation d’une balise de diffusion 33 du système 10 de communication sans fil. Alternativement ou en complément, le circuit de traitement du serveur 32 comporte un ou plusieurs circuits logiques programmables (FPGA, PLD, etc.), et/ou un ou plusieurs circuits intégrés spécialisés (ASIC), et/ou un ensemble de composants électroniques discrets, etc., adaptés à mettre en oeuvre des étapes du procédé de géolocalisation. En d’autres termes, le serveur 32 comporte des moyens logiciels et/ou matériels pour mettre en oeuvre un procédé de géolocalisation selon l’invention.
La figure 2 représente schématiquement les principales étapes d’un procédé 100 de géolocalisation de la balise de diffusion 33.
Le procédé 100 de géolocalisation comporte notamment une étape 101 de détermination d’au moins une station de base de référence BSRef dont la position géographique est connue et qui a reçu un message d’association émis par au moins un terminal 20 en réponse à la réception d’un message de diffusion émis par la balise de diffusion 33. Le serveur 32 peut en effet déterminer quelles stations de base 31 ont reçu un message d’association comportant l’identifiant de la balise de diffusion 33 (une station de base qui reçoit un tel message d’association peut en effet transmettre au serveur ledit message accompagné d’un identifiant de la station de base).
Le procédé 100 comporte ensuite une étape 102 de détermination de la position géographique de la balise de diffusion 33 en fonction de la position géographique de chaque station base de référence BSRef déterminée à l’étape 101. Dans ce but, on suppose que le serveur 32 a accès à une base de données comportant les positions géographiques de tout un ensemble de stations de base 31 qui peuvent alors jouer le rôle de stations de base de référence BSRef.
Par exemple, si une seule station de base de référence BSRef est déterminée à l’étape 101 , la position géographique de la balise de diffusion 33 peut être déterminée à l’étape 102 comme étant la position géographique de ladite station de base de référence BSRef. Dans un tel cas, la précision de géolocalisation de la balise de diffusion 33 est relativement faible.
Selon un autre exemple, si plusieurs stations de base de référence BSRef sont déterminées à l’étape 101 , la position géographique de la balise de diffusion 33 peut être définie à l’étape 102 comme étant une moyenne des positions géographiques des différentes stations de base de référence BSRef utilisées.
Il convient de noter que par « position géographique », on entend par exemple un système de deux coordonnées correspondant à la latitude et la longitude. Une position géographique moyenne calculée entre plusieurs positions géographiques aura alors pour latitude la valeur moyenne des latitudes des différentes positions géographiques et pour longitude la valeur moyenne des longitudes des différentes positions géographiques. Rien n’empêche, cependant, de considérer également une troisième coordonnée correspondant à une altitude par rapport au niveau de la mer.
Pour améliorer la précision de la géolocalisation de la balise de diffusion 33, il est également envisageable de prendre en compte une mesure d’une valeur représentative d’un niveau de qualité d’un lien radio établi entre un terminal 20 et une station de base 31 du réseau d’accès 30.
Dans un mode préféré de mise en oeuvre, et pour la suite de la description, à titre d’exemple nullement limitatif, la valeur représentative de la qualité de lien radio utilisée est un niveau de puissance reçue (« Received Signal Strength Indicator » ou RSSI dans la littérature anglo-saxonne) mesurée pour une station de base 31 pour un signal transportant un message émis par un terminal 20. Il convient toutefois de noter que d’autres valeurs représentatives de la qualité du lien radio pourraient être utilisées, comme par exemple l’atténuation du signal, un rapport signal sur bruit du signal (« Signal on Noise Ratio » ou SNR dans la littérature anglo-saxonne) ou bien un indicateur de qualité du canal de communication (« Channel Quality Indicator » ou CQI en anglais). Le choix d’une valeur particulière représentative de la qualité de lien radio ne constitue qu’une variante de l’invention. Il est aussi à noter que la mesure peut être réalisée soit directement par la station de base qui a reçu le message, soit indirectement par le serveur 32 à partir d’informations fournies par la station de base qui a reçu le message.
La figure 3 représente schématiquement les principales étapes d’un premier mode particulier de mise en oeuvre du procédé 100 de géolocalisation selon l’invention. Dans ce premier mode particulier de mise en oeuvre, on considère un seul message d’association émis par le terminal 20 en réponse à un message de diffusion en provenance de la balise de diffusion 33, et reçu par plusieurs stations de base de référence BSRef. Une mesure RSSI du niveau de puissance avec lequel le message d’association est reçu est alors effectuée pour chaque station de base de référence BSRef utilisée.
L’étape 201 est identique à l’étape 101 décrite précédemment en référence à la figure 2.
A l’étape 202, une valeur RSSI est mesurée pour chaque station de base de référence BSRef déterminée à l’étape 201 pour le message d’association considéré.
A l’étape 203, la position géographique de la balise de diffusion 33 est déterminée non seulement en fonction de la position géographique de chaque station base de référence BSRef déterminée à l’étape 201 , mais aussi en fonction des valeurs RSSI mesurées à l’étape 202 pour ces stations de base de référence BSRef.
Par exemple, la position géographique de la balise de diffusion 33 est déterminée comme étant une moyenne pondérée des positions géographiques des stations de base de référence BSRef, chaque position géographique d'une station de base de référence BSRef étant pondérée par un coefficient dont la valeur est représentative du niveau de qualité du lien radio (c'est-à-dire la valeur de RSSI dans l’exemple considéré) établi entre le terminal 20 et ladite station de base de référence BSRef lors de l’échange du message d’association considéré.
Ceci peut se traduire par l’expression ci-dessous :
[Math. 1]
Figure imgf000012_0001
dans laquelle:
- K est le nombre de stations de base de référence BSRef utilisées pour déterminer la position géographique de la balise de diffusion 33,
Zk est la position géographique connue d’une station de base de référence BSRef d’indice k,
- ak est le coefficient de pondération associé à la station de base de référence BSRef d’indice k,
- Zc est la position géographique déterminée de la balise de diffusion 33.
Chaque coefficient de pondération ak est par exemple calculé selon l’expression ci- dessous :
[Math. 2]
Figure imgf000013_0001
dans laquelle:
- rssik est la mesure du niveau de puissance reçue (mesure RSSI) effectuée pour la station de base de référence BSRef d’indice k,
- Y est un facteur de normalisation dont la valeur est constante. Il convient de noter que le même symbole g est utilisé ci-après dans différentes expressions mathématiques pour représenter un facteur de normalisation. La valeur du facteur de normalisation peut cependant varier d’une expression à l’autre.
Dans les exemples considérés dans la présente demande, la mesure RSSI est exprimée en dBm (rapport de puissance en décibels entre la puissance mesurée et un milliwatt). La mesure RSSI est une valeur négative. Plus la valeur absolue de la mesure RSSI est grande, et plus le niveau de puissance reçue mesuré est faible. Inversement, plus la valeur absolue de la mesure RSSI est petite, et plus le niveau de puissance reçue mesuré est fort.
De telles dispositions permettent de déterminer la position géographique de la balise de diffusion 33 en fonction des positions géographiques des stations de base de référence BSRef tout en favorisant les stations de base de référence BSRef pour lesquels le message d’association considéré a été reçu avec un niveau RSSI élevé. Autrement dit, pour déterminer la position géographique de la balise de diffusion 33, une confiance plus grande est accordée aux stations de base de référence BSRef qui ont reçu le message d’association considéré avec un niveau RSSI élevé.
Il est à noter que d’autres facteurs pourraient être pris en considération pour déterminer des coefficients de pondération respectivement pour les différentes stations de base de référence BSRef. Par exemple, il est envisageable de considérer l’environnement dans lequel se trouve la station de base de référence (milieu urbain, montagneux, maritime), ou l’altitude à laquelle est située la station de base de référence.
Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, il est envisageable de déterminer la position géographique de la balise de diffusion 33 à l’aide d’un algorithme d'apprentissage automatique basé sur un modèle préétabli à partir de mesures de niveau RSSI ou de différences de niveau RSSI. Le modèle est par exemple construit pendant une phase d’apprentissage en associant des positions géographiques connues avec des valeurs de coefficients de pondération tels que ceux décrits par l’expression [Math. 2] L’algorithme d’apprentissage automatique est configuré pour déterminer, pendant une phase de recherche, une position géographique d’une balise de diffusion à partir du modèle ainsi construit et à partir de valeurs de coefficients de pondération calculés pour des stations de base de référence ayant reçu un message d’association particulier associée à ladite balise de diffusion.
La figure 4 représente schématiquement les principales étapes d’un deuxième mode particulier de mise en oeuvre du procédé 100 de géolocalisation selon l’invention. Dans ce deuxième mode particulier de mise en oeuvre, un groupe de plusieurs messages d’association (Msg #1 , Msg #2, ... Msg #N) sont considérés pour déterminer la position géographique de la balise de diffusion 33. En effet, pour diminuer le biais et la variance d’estimation, il est avantageux de considérer plusieurs messages d’association pour déterminer la position géographique de la balise de diffusion 33. Il est envisageable, par exemple, de considérer un groupe de plusieurs messages d’association ayant été émis par un ou plusieurs terminaux 20 du système 10 de communication en réponse à un ou plusieurs messages de diffusion reçu de la balise de diffusion 33. Il convient de noter que rien n’empêche que différents messages d’association peuvent être émis en réponse à différents messages de diffusion émis par la balise de diffusion 33. Chaque message d’association considéré a été reçu par au moins une station de base de référence BSRef. Pour chaque message d’association considéré, pour chacune des stations de base de référence BSRef ayant reçu ledit message d’association, une mesure RSSI du lien radio est effectuée pour ladite station de base lors de la réception du message d’association.
Tel qu’illustré sur la figure 4, on retrouve ainsi dans ce deuxième mode particulier de mise en oeuvre, pour chaque message d’association considéré, une détermination d’au moins une station de base de référence BSRef qui a reçu ledit message d’association considéré (étape 401). Cette détermination d’au moins une station de base de référence BSRef pour un message particulier est identique à l’étape 201 décrite précédemment en référence à la figure 3 pour le premier mode particulier de mise en oeuvre. Aussi, pour chaque message d’association considéré, une mesure RSSI du niveau de puissance avec lequel ledit message d’association a été reçu est effectuée pour chacune des stations de base de référence BSRef ayant reçu ledit message d’association (étape 402). Cette détermination d’une mesure RSSI pour chaque station de base de référence BSRef pour un message particulier est identique à l’étape 202 décrite précédemment en référence à la figure 3 pour le premier et pour le deuxième mode particulier de mise en oeuvre.
Comme cela sera décrit en référence aux figures 5 et 6, différentes méthodes peuvent alors être envisagées pour déterminer, dans une étape 403, la position géographique de la balise de diffusion 33 en fonction des mesures RSSI effectuées et en fonction des positions géographiques connues des stations de base de référence BSRef.
La figure 5 représente schématiquement les principales étapes d’un troisième mode particulier de mise en oeuvre du procédé 100 de géolocalisation selon l’invention. Ce troisième mode particulier de mise en oeuvre est basé sur le deuxième mode particulier de mise en oeuvre précédemment décrit en référence à la figure 4. En particulier, l’étape 501 de détermination, pour chaque message d’association considéré, d’au moins une station de base de référence, et l’étape 502 de détermination, pour chaque message d’association considéré, d’une mesure RSSI pour chaque station de base de référence ayant reçu ledit message d’association, sont identiques respectivement aux étapes 401 et 402 du deuxième mode particulier de mise en oeuvre décrit en référence à la figure 4.
Ce troisième mode particulier de mise en oeuvre comporte en outre une étape 503 dans laquelle, pour chaque message d’association considéré, une position géographique estimée de la balise de diffusion est déterminée, ainsi qu’une étape 504 dans laquelle la position géographique de la balise de diffusion est déterminée en fonction des différentes positions estimées à l’étape 503.
A l’étape 503, pour un message d’association considéré, la position géographique estimée de la balise de diffusion 33 peut être déterminée comme étant la moyenne des positions géographiques des stations de base de référence BSRef ayant reçu ledit message d’association. Pour améliorer la précision de géolocalisation, cette moyenne peut être pondérée en fonction de coefficients de pondération dont les valeurs sont représentatives des mesures RSSI mesurées pour les stations de base de référence ayant reçu ledit message d’association.
Autrement dit, pour un message d’association d’indice m parmi l’ensemble des messages d’association considérés, la position géographique estimée Zm,x de la balise de diffusion 33 peut être définie par l’expression ci-dessous :
[Math. 3]
Figure imgf000016_0001
dans laquelle :
Km est le nombre de stations de base de référence BSRef ayant reçu le message d’association d’indice m,
- Zk est la position géographique connue d’une station de base de référence d’indice k,
- am,k est le coefficient de pondération associé à la station de base de référence d’indice k,
Par exemple, le coefficient de pondération am,kpeut être défini selon l’expression ci-dessous :
[Math. 4]
Figure imgf000016_0002
dans laquelle rssim,k est la mesure du niveau de puissance reçue (mesure RSSI) pour la station de base de référence BSRef d’indice k pour le message d’association d’indice m, et y est une valeur constante de normalisation.
De telles dispositions permettent, lors du calcul de la position géographique estimée de la balise de diffusion à partir du message d’association d’indice m, de donner plus d’importance aux stations de base de référence BSRef ayant reçu ce message d’association d’indice m avec un niveau élevé de RSSI.
A l’étape 504, la position géographique Zx de la balise de diffusion 33 peut par exemple être définie comme une simple moyenne des positions géographiques ainsi estimées :
[Math. 5]
Figure imgf000016_0003
Dans l’expression ci-dessus, M correspond au nombre total de messages d’association considérés.
Comme cela a déjà été mentionné pour les modes de mise en oeuvre décrits précédemment, l’estimation faite pour un message particulier à l’étape 503 de la position géographique de la balise de diffusion 33 et/ou la détermination finale à l’étape 504 de la position géographique de la balise de diffusion 33 pourraient également être réalisées à l’aide d’un algorithme d'apprentissage automatique, par exemple un algorithme du type partitionnement de données (« data clustering » dans la littérature anglo-saxonne). Aussi, d’autres facteurs de pondération que la mesure RSSI pourraient être pris en considération pour déterminer des coefficients de pondération pour les différentes stations de base de référence BSRef.
La figure 6 représente schématiquement les principales étapes d’un quatrième mode particulier de mise en oeuvre du procédé 100 de géolocalisation selon l’invention. Ce quatrième mode particulier de mise en oeuvre est basé sur le deuxième mode particulier de mise en oeuvre précédemment décrit en référence à la figure 4. En particulier, l’étape 601 de détermination, pour chaque message d’association considéré, d’au moins une station de base de référence BSRef, et l’étape 602 de détermination, pour chaque message d’association considéré, d’une mesure RSSI pour chaque station de base de référence BSRef ayant reçu ledit message d’association, sont identiques respectivement aux étapes 401 et 402 du deuxième mode particulier de mise en oeuvre décrit en référence à la figure 4.
Ce quatrième mode particulier de mise en oeuvre comporte en outre une étape 603 dans laquelle une mesure virtuelle est calculée pour chaque station de base de référence BSRef à partir des mesures RSSI effectuées pour ladite station de base de référence pour les différents messages d’association reçus par ladite station de base de référence.
Par exemple, la mesure virtuelle calculée pour une station de base de référence BSRef peut correspondre à une simple moyenne des mesures RSSI effectuées pour ladite station de base de référence pour les différents messages d’association reçus par ladite station de base de référence, ce qui peut se traduire par l’expression ci- dessous :
[Math. 6]
Figure imgf000017_0001
dans laquelle :
- Vrssik est la mesure virtuelle calculée pour une station de base de référence BSRef d’indice k,
- Mk est le nombre de messages d’association reçus par cette station de base de référence d’indice k parmi l’ensemble des messages d’association considérés,
- rssim.k est la mesure RSSI effectuée pour la station de base de référence d’indice k pour un message d’association d’indice m choisi parmi les Mk messages d’association reçus. A l’étape 604, la position géographique de la balise de diffusion 33 est déterminée en fonction des mesures virtuelles ainsi obtenues et en fonction des positions géographiques des stations de base de référence BSRef.
La position géographique Zx de la balise de diffusion 33 peut par exemple être définie comme une moyenne pondérée des positions géographiques Zk des K stations de base de référence BSRef.
Par exemple, chaque position géographique d’une station de base de référence est pondérée par un coefficient de pondération représentatif de la mesure virtuelle calculée pour ladite station de base de référence :
[Math. 7]
Figure imgf000018_0001
Lorsque plusieurs messages d’association sont considérés pour déterminer la position de la balise de diffusion 33, comme c’est le cas par exemple pour les modes de mise en oeuvre décrits en référence aux figures 4 à 6, il est envisageable, pour chaque message d’association, de prendre en compte le niveau de RSSI avec lequel un terminal 20 a reçu le message de diffusion ayant conduit à l’émission dudit message d’association (la mesure peut par exemple être incluse dans le message d’association par le terminal). Il est ensuite possible de pondérer chaque message d’association en fonction de la mesure RSSI qui lui est associée. Par exemple, il est envisageable de donner un coefficient de pondération plus grand (et donc une importance plus forte) à un message d’association comportant une mesures RSSI plus élevée.
Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, la position géographique de la balise de diffusion 33 est déterminée par un algorithme d'apprentissage automatique de régression en fonction des mesures effectuées et en fonction des positions géographiques des stations de base de référence BSRef.
La figure 7 représente un exemple de modèle utilisé par l’algorithme d’apprentissage automatique. Le modèle correspond à une matrice de caractéristiques mémorisées dans une base de données accessible par le serveur 32.
L’algorithme d’apprentissage automatique est configuré pour générer une fonction de régression permettant de déterminer la position géographique (longitude, latitude) d’une balise de diffusion à partir de cette matrice de caractéristiques.
Chaque ligne de la matrice correspond à une balise de diffusion du système 10 de communication. Pour déterminer la position géographique d’une balise de diffusion 33 recherchée, on considère : - un groupe de P messages d’association comportant l’identifiant de la balise de diffusion 33 reçus par le réseau d’accès,
- pour chaque message d’association, une sélection de N stations de base de référence BSRef présentant les N plus grandes valeurs de RSSI mesurées pour ledit message d’association.
Ainsi, les 3N premières colonnes de la matrice de caractéristiques correspondent respectivement à la mesure RSSI, la longitude et la latitude de N stations de base de référence BSRef présentant les plus grandes valeurs de mesure RSSI pour un premier message d’association. Les colonnes (3xN+1) à 6xN correspondent à des valeurs similaires pour un deuxième message particulier. Les colonnes ((P-1 )x(3xN)+1 ) à Px3xN correspondent à des valeurs similaires pour un Pième message particulier. Il convient de noter que si certaines valeurs de la matrice de caractéristiques ne sont pas disponibles (par exemple s’il y a moins de N stations de base de référence identifiées pour un message d’association donné) des valeurs par défaut peuvent être utilisées. Aussi, d’autres caractéristiques propres à chaque station de base peuvent être ajoutées dans la matrice de caractéristiques, par exemple l’altitude de la station de base de référence, ou l’environnement dans lequel elle est située (milieu urbain, montagneux, maritime, etc.).
Pour entraîner le modèle et apprendre la fonction de régression, on considère que des balises de diffusion à géolocaliser correspondent à des balises de diffusion dont on connaît la position géographique.
Il est envisageable de créer plusieurs lignes de la matrice de caractéristiques pour une même balise de diffusion. Par exemple, les P messages d’association d’une même ligne correspondent à des messages d’association reçus (éventuellement en provenance de différents terminaux) pendant une certaine période de temps, et différentes lignes associées à une même balise de diffusion correspondent à différentes périodes de temps (et donc à différentes séquences de messages d’association reçus pendant lesdites périodes de temps). Selon un autre exemple, les P messages d’une même ligne correspondent à des messages d’association émis par un seul et même terminal pendant une certaine période de temps, et différentes lignes associées à une même station de base correspondent à différents terminaux (et éventuellement à différentes périodes de temps aussi).
Une fois que la fonction de régression est apprise, elle peut être utilisée pour prédire la position géographique d’une balise de diffusion à partir d’une part du modèle mémorisé dans la base de données et d’autres part à partir des mesures RSSI effectuées pour un groupe de messages d’association. Différents types d’algorithmes d’apprentissage automatique de régression peuvent être utilisés, comme par exemple des algorithmes de type « Forêt d’arbres décisionnels » (« Random forest » dans la littérature anglo-saxonne) ou de type « Amélioration du gradient » (« Gradient boosting » dans la littérature anglo-saxonne »). Dans l’exemple illustré à la figure 8, une sélection de N stations de base de référence BSRef présentant les plus grandes valeurs de RSSI mesurées est effectuée pour chaque message considéré. Il convient toutefois de noter qu’il est envisageable de faire une sélection de N stations de base de référence ou de P messages d’association selon différents critères. Par exemple, les P messages d’association et les N stations de base pourraient être sélectionnés pour maximiser le nombre de stations de base communes ayant reçu les P messages d’association. Selon un autre, les P messages d’association et les N stations de base pourraient être sélectionnés pour maximiser la diversité spatiale des stations de base.
La description ci-avant illustre clairement que, par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs fixés. En particulier, l’invention permet de géolocaliser une balise de diffusion d’un système de communication sans fil de manière simple et peu onéreuse, sans qu’il soit nécessaire de modifier de façon logicielle et/ou matérielle les différents éléments du système.

Claims

Revendications
1. Procédé (100) de géolocalisation d’une balise de diffusion (33) d'un système (10) de communication sans fil, ladite balise de diffusion (33) étant configurée pour émettre de manière récurrente un message de diffusion à destination d’au moins un terminal (20) du système (10) de communication sans fil, ledit message de diffusion comportant un identifiant de la balise de diffusion, ledit terminal (20) étant configuré pour émettre, en réponse à la réception du message de diffusion, un message d’association à destination d’un réseau d’accès (30) du système (10) de communication, ledit message d’association comportant l’identifiant de la balise de diffusion extrait du message de diffusion reçu, le message d’association émis par le terminal (20) pouvant être reçu simultanément par plusieurs stations de base (31) du réseau d'accès, la position géographique de la balise de diffusion (33) étant déterminée en fonction de la position géographique de chacune d’une pluralité de stations de base (31) du réseau d'accès (30), dites « stations de base de référence » (BSRef), dont la position géographique est connue et ayant reçu le message d’association émis par le terminal (20).
2. Procédé (100) de géolocalisation selon la revendication 1 dans lequel la position géographique de la balise de diffusion (33) est déterminée en outre en fonction d'une mesure effectuée pour chaque station de base de référence (BSRef) d'une valeur représentative d’un niveau de qualité de lien radio entre le terminal (20) et ladite station de base de référence (BSRef).
3. Procédé (100) de géolocalisation selon la revendication 2 dans lequel la position géographique de la balise de diffusion (33) est une moyenne pondérée des positions géographiques des stations de base de référence (BSRef), chaque position géographique d'une station de base de référence (BSRef) étant pondérée par un coefficient dont la valeur est représentative du niveau de qualité du lien radio entre le terminal (20) et ladite station de base de référence (BSRef).
4. Procédé (100) de géolocalisation selon l’une des revendications 2 ou 3 dans lequel la position géographique de la balise de diffusion (33) est déterminée à l’aide d’un algorithme d'apprentissage automatique en fonction des mesures effectuées et en fonction des positions géographiques des stations de base de référence (BSRef).
5. Procédé (100) de géolocalisation selon la revendication 1 dans lequel :
- un groupe de plusieurs messages d’association sont considérés pour déterminer la position géographique de la balise de diffusion (33), chaque message d’association ayant été émis par un terminal (20) du système (10) de communication en réponse à un message de diffusion émis par la balise de diffusion (33), chaque message d’association ayant été reçu par au moins une station de base de référence (BSRef),
- pour chaque message d’association, pour chacune des stations de base de référence (BSRef) ayant reçu ledit message d’association, une mesure d'une valeur représentative d’un niveau de qualité de lien radio entre ladite station de base et le terminal (20) ayant émis ledit message d’association est effectuée.
6. Procédé (100) de géolocalisation selon la revendication 5 dans lequel la position géographique de la balise de diffusion (33) est déterminée en fonction d'une position géographique de la balise de diffusion (33) estimée pour chaque message du groupe.
7. Procédé (100) de géolocalisation selon la revendication 5 dans lequel une mesure virtuelle est calculée pour chaque station de base de référence (BSRef) à partir des mesures effectuées pour ladite station de base de référence (BSRef) pour les différents messages d’association reçus par ladite station de base de référence (BSRef), et la position géographique de la balise de diffusion (33) est déterminée en fonction des mesures virtuelles obtenues et des positions géographiques des stations de base de référence (BSRef).
8. Procédé (100) de géolocalisation selon la revendication 7 dans lequel la position géographique de la balise de diffusion (33) est une moyenne pondérée des positions géographiques des stations de base de référence (BSRef), chaque position géographique d'une station de base de référence (BSRef) étant pondérée par un coefficient dont la valeur est représentative de la mesure virtuelle calculée pour ladite station de base de référence (BSRef).
9. Procédé (100) de géolocalisation selon la revendication 7 dans lequel la position géographique de la balise de diffusion (33) est déterminée par un algorithme d'apprentissage automatique de régression en fonction des mesures effectuées et en fonction des positions géographiques des stations de base de référence (BSRef).
10. Produit programme d’ordinateur comportant un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en oeuvre un procédé (100) de géolocalisation d’une balise de diffusion (33) selon l’une des revendications 1 à 9.
11. Serveur (32) d'un système (10) de communication sans fil configuré pour mettre en oeuvre un procédé de géolocalisation d’une balise de diffusion (33) dudit système (10) de communication sans fil, ladite balise de diffusion (33) étant configurée pour émettre de manière récurrente un message de diffusion à destination d’au moins un terminal (20) du système (10) de communication sans fil, ledit message de diffusion comportant un identifiant de la balise de diffusion, ledit terminal (20) étant configuré pour émettre, en réponse à la réception du message de diffusion, un message d’association à destination d’un réseau d’accès (30) du système (10) de communication, ledit message d’association comportant l’identifiant de la balise de diffusion extrait du message de diffusion reçu, le message d’association émis par le terminal (20) pouvant être reçu simultanément par plusieurs stations de base (31) du réseau d'accès, ledit serveur (32) étant relié par un lien de communication aux stations de base du réseau d’accès et configuré pour mettre en oeuvre un procédé de géolocalisation de la balise de diffusion selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
12. Réseau d’accès (30) d’un système (10) de communication sans fil, ledit réseau d’accès (30) comportant une pluralité de stations de base (31) et un serveur (32) selon la revendication 11.
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