1. Principes de la technologie RFIDLa technologie d'identification par radiofréquence (RFID) est une technologie simple à utiliser, adaptée au domaine du contrôle automatique. Elle utilise les caractéristiques de transmission du couplage inductif et électromagnétique ou de la réflexion radar pour réaliser l'identification automatique des objets. La radiofréquence (RF) est une onde électromagnétique d'une longueur d'onde spécifique, dont la fréquence est décrite en kHz, MHz, GHz, allant de la basse fréquence aux micro-ondes.
2. Structure de base du système de localisation en intérieur RFID
Ce système se compose généralement d'étiquettes électroniques, de lecteurs RFID, d'un intergiciel et d'une base de données informatique, comme illustré à la figure 2. Les étiquettes et lecteurs RFID échangent des données via le canal de transmission d'ondes électromagnétiques spatiales établi par des antennes. Dans les applications de localisation, le lecteur RFID est placé sur l'objet mobile à localiser, et les étiquettes électroniques sont intégrées dans l'environnement opérationnel. Les étiquettes électroniques stockent des informations d'identification de position, tandis que le lecteur se connecte à la base de données d'informations par liaison filaire ou sans fil.
Structure du système de localisation en intérieur RFID
3. Système typique de localisation en intérieur RFID : LANDMARKLe système LANDMARK est un système typique de localisation en intérieur utilisant la RFID. Il analyse et calcule l'intensité du signal RSSI des étiquettes de référence et inconnues, et utilise l'algorithme du « plus proche voisin » et des formules empiriques pour calculer les coordonnées des étiquettes à localiser.
Précision de localisation du système LANDMARK : moyenne de 1 m.
Inconvénients : Le système LANDMARK présente plusieurs défauts. Premièrement, la précision de localisation est déterminée par les positions des étiquettes de référence, ce qui affecte la localisation. Deuxièmement, pour améliorer la précision, le système nécessite une densité plus élevée d'étiquettes de référence, mais cela peut provoquer des interférences plus importantes et affecter l'intensité du signal. Troisièmement, en raison du calcul de la distance euclidienne entre les étiquettes de référence et inconnues via des formules, la charge de calcul est élevée.
4. Applicabilité de la technologie RFID dans différentes bandes de fréquencesLes bandes de fréquences RFID courantes comprennent : basse fréquence (BF), haute fréquence (HF), ultra haute fréquence (UHF) et micro-ondes. Pour les systèmes de localisation en intérieur, le tableau 1 présente une comparaison des signaux radiofréquence dans différentes bandes.
Tableau 1 : Comparaison des caractéristiques des signaux RF dans différentes bandes de fréquences RFID
Sur la base de la comparaison ci-dessus, cet article propose que la construction d'un réseau de localisation sans fil utilisant des signaux micro-ondes à 2,45 GHz est réalisable et efficace. La fréquence 2,45 GHz suscite un intérêt et une application croissants, avec une universalité mondiale grandissante, une meilleure bande passante que les autres bandes, des vitesses de transmission plus rapides, et des antennes et produits de plus en plus petits, ce qui les rend plus portables et pratiques à utiliser.
5. Deux types de systèmes de localisation en intérieur sans fil RFID basés sur la bande 2,45 GHz
Technologie de réseau local sans fil (WLAN) (Wi-Fi/IEEE 802.11b) :L'Ethernet sans fil basé sur la norme IEEE 802.11b a réussi à entrer dans la vie sociale humaine, largement appliqué dans les campus, les lieux de travail et les espaces publics. Les utilisateurs peuvent facilement obtenir des signaux sans fil à l'aide de téléphones mobiles, d'ordinateurs portables ou de PDA. La technologie WLAN peut également être facilement appliquée aux systèmes de localisation en intérieur. Les points d'accès AP ou les cartes réseau sans fil dans le WLAN peuvent mesurer commodément l'intensité du signal sans fil, permettant la localisation par correspondance de l'intensité du signal. La méthode des empreintes digitales de localisation (location fingerprint) est une technique courante de localisation en intérieur WLAN, dont le système typique est le système prototype RADAR développé par Microsoft.
Le système de localisation en intérieur RADAR basé sur RSSI fonctionne en deux processus : d'abord, la collecte hors ligne des informations de localisation et de l'intensité du signal de plusieurs points fixes AP dans la zone de couverture du système, transmise via un réseau filaire à un centre de données pour former une base de données d'empreintes digitales de localisation ; ensuite, la mesure en temps réel de l'intensité du signal de l'objet cible et l'analyse et la correspondance à l'aide de la méthode du plus proche voisin pour déterminer sa position.
Précision : 2~3 m. Inconvénients : La charge de travail de collecte de données est élevée, et pour atteindre une haute précision, le calcul de la position et la configuration des points fixes AP sont relativement fastidieux.
ZigBee/IEEE 802.15.4 :
La technologie ZigBee est utilisée pour les communications sans fil à courte portée, principalement pour les réseaux personnels sans fil (PAN). Le système de réseau présente des caractéristiques telles que la courte portée, la faible consommation d'énergie et le faible coût, qui répondent aux exigences des systèmes de localisation en intérieur. Ces systèmes sont constitués de nœuds de référence et de nœuds mobiles disposés dans des réseaux de capteurs. Les nœuds de référence sont des nœuds statiques qui envoient des informations de localisation et des valeurs RSSI aux nœuds mobiles cibles, qui écrivent ensuite les données dans un module de localisation pour calculer leur propre position. Le système utilise souvent une configuration de nœuds distribuée pour réduire la charge de travail des données réseau et les délais de communication.
Précision : jusqu'à 2 m, moyenne de 1 m. Inconvénients : La stabilité du réseau doit encore être améliorée et est sensible aux interférences environnementales.
**Résumé :** La technologie RFID est adaptée aux systèmes de localisation en intérieur, elle est pratique à mettre en œuvre, offre une précision de localisation satisfaisante et un faible coût. Sur la base de l'étude du système typique LANDMARK, les améliorations futures peuvent cibler ses lacunes, en utilisant 2,45 GHz pour construire des réseaux sans fil de localisation afin d'améliorer l'efficacité et la précision. Parmi les technologies, ZigBee est particulièrement adaptée à l'étude des systèmes de localisation en intérieur, en raison de sa structure simple, de son déploiement facile, de ses excellentes performances, de sa très faible consommation d'énergie et de la capacité à atteindre facilement l'effet de localisation requis. Des recherches et développements supplémentaires sur l'amélioration de la conception des systèmes de localisation en intérieur basés sur ZigBee sont nécessaires, ce qui en fait un bon cas d'étude et une application pour la recherche sur la technologie RFID.