La géolocalisation dans l'industrie 4.0: quelle technologie choisir?

De nombreuses technologies existent pour la géolocalisation indoor et le choix n'est pas toujours facile ! Je vous propose une revue des technologies les plus courantes : Bluetooth Low Energy, WiFi, ZigBee et UWB.

Elles utilisent généralement toutes les quatre le même principe technique : la triangulation ou la trilatération. Cela consiste à quadriller une surface plus ou moins grande à l'aide d'antennes. Les antennes communiquent avec des badges de géolocalisation. En comparant les angles, la puissance ou le temps de communication entre les badges et les antennes, il est possible de connaître la position de chacun des badges. C'est comparable à la technologie GPS (Global Positioning System) pour la géolocalisation extérieure.
Néanmoins, chaque technologie a sa spécificité. Elles diffèrent, par exemple, de leurs protocoles et de leurs fréquences de communication, de leur portée, de leur précision et de leur coût.

La technologie WiFi
Elle est très connue pour la communication entre plusieurs appareils informatiques à distance. Le WiFi permet un débit important d'informations mais n'est pas optimisée pour sa consommation d'énergie. Il est idéal pour communiquer un grand nombre de données très rapidement à moyenne portée (de 0 jusqu'à 300 m en théorie).
Le protocole est régi par les normes du groupe IEEE 802.11. Il utilise les bandes de fréquence de 2,4Ghz ou des 5Ghz.
La précision de localisation est de l'ordre du m dans un environnement simple. Le signal interfère facilement avec les milieux métalliques. La qualité de localisation se détériore ainsi très rapidement selon le milieu. Il est donc compliqué d'utiliser le WiFi pour géolocaliser précisément des flux en milieux industriels.

L'avantage pour les industriels est dans l'utilisation des antennes WiFi existantes. Les antennes sont généralement déjà présentes dans l'entreprise et ne nécessitent donc pas de nouvelles installations. Il s'agît simplement d'utiliser les méthodes de WiFi sniffing.

Ultra Wideband pour une localisation précise
L'Ultra Wideband monte en puissance depuis quelques années. De part sa technologie, la transmission de données consomme peu et a un débit important.
Mais, sa plus grande force est sa précision (entre 10 et 30 cm selon le milieu). C'est à dire, trois fois plus précis que n'importe quelle autre technologie. La portée est elle aussi intéressante puisqu'elle permet de géolocaliser un badge sur une surface de plusieurs centaines de m² !
Chez Zozio, nous utilisons cette technologie pour vous proposer nos tags de géolocalisation d'intérieur. Actuellement, aucune autre technologie permet d'offrir une telle précision avec une si faible consommation d'énergie !

Bluetooth Low Energy (BLE)
Ce protocole est basé sur celui du Bluetooth classique. Il a été créé par Nokia en 2006 pour diminuer la consommation de la communication Bluetooth entre deux appareils. Le BLE possède un débit équivalent mais consomme 10x moins. Grâce à sa consommation diminuée, des entreprises ont développé des badges (beacon) permettant de localiser n'importe quel objet pendant plusieurs années.
En contrepartie de sa faible consommation d'énergie, la portée est abaissée de 100m à 50m dans la théorie. En réalité, il faut s'attendre à une portée entre 10 et 30m pour avoir une localisation assurée.
Le protocole utilise les bandes de fréquence de 2,4Ghz. Cette bande de fréquence n'est pas idéale pour des milieux complexes. Les signaux émis vont interférer avec les objets dans leur environnement. Les temps de trajet seront allongés et certains signaux n'arriveront pas à bon port.  La communication ne sera donc pas idéale. Cette technologie est particulièrement adaptée à un espace faiblement occupé.

ZigBee, une solution innovante?
Cette technologie a été développée pour répondre au besoin grandissant de l'Internet des Objets (IoT). Le protocole de haut niveau permet de transmettre des données entre des milliers de nœuds très facilement et ce à faible consommation.
Le protocole 802.15.4 utilisé par ZigBee définit trois bandes de fréquence utilisables : 868Mhz en Europe, 915Mhz en Amériques et Australie, et 2,4Ghz dans le monde. Les bandes de fréquences Sub-Ghz sont particulièrement intéressantes pour limiter les interférences avec le milieu.
La portée est évaluée à 100m dans un milieu faiblement occupé. Sa précision de localisation est de l'ordre du m et sera moins impactée par le milieu que les protocoles Wifi ou BLE.  Dans un milieu industriel, le ZigBee paraît donc plus approprié.

Comparatif de ces quatre solutions
Les quatre technologies n'ont pas les mêmes caractéristiques. Elles diffèrent de part leur portée, leur consommation d'énergie, leur précision, le débit de communication et leur coût. Le tableau ci-dessous résume l'ensemble des caractéristiques des protocoles WiFi, BLE, UWB et ZigBee.

En fonction de l'utilisation, une précision différente de géolocalisation est nécessaire. L'Ultra Wideband est le protocole le plus précis mais aura un coût plus important que la technologie BLE par exemple. Aucune solution n'est idéale ! Pour chaque projet, une solution différente est à envisager.