• Une méthode durable et responsable, fondée sur des balises zéro énergie (Zero Energy Devices en anglais), a été démontrée avec succès dans le cadre d’un projet de recherche collaboratif.
• Cette innovation, qui illustre le concept de connectivité IoT ambiante, trace la voie à suivre pour les réseaux du futur.
Les humains ont de tout temps dû se localiser et identifier leur position avec des cartes. Les systèmes GPS ont rendu accessibles des capacités fortes au plus grand nombre. Cependant, les signaux émis par les satellites ne passent pas les murs et échouent à permettre la géolocalisation en intérieur dans de bonnes conditions.
Une nouvelle approche de géolocalisation consistant à réfléchir les signaux ambiants émis par les smartphones vers les stations de base
Le Zero Energy Device (ZED) change la donne
La géolocalisation indoor peut donner lieu à de multiples cas d’usage. Par exemple, un individu peut avoir besoin de se repérer dans un bâtiment et une entreprise peut vouloir suivre des marchandises ou des robots.
Aujourd’hui, plusieurs solutions coexistent, chacune avec son lot de désagréments : empreinte énergétique conséquente, nécessité de déployer des infrastructures ad hoc parfois lourdes et coût euses, émission d’ondes supplémentaires, etc. La localisation via des balises Bluetooth Low Energy (BLE) est la solution plus communément mise en œuvre.
Une alternative prometteuse, démontrée en première mondiale dans le cadre d’un projet de recherche, pourrait se concrétiser dans le futur. Dinh Thuy Phan Huy, Orange Fellow, Responsable de projet de recherche sur le ZED, et référente d’une communauté d’experts sur les Réseaux du Futur à Orange, en explique le principe : « Le but du jeu consiste à exploiter ce dont on dispose, à savoir les réseaux mobiles et les smartphones. Entre ces deux extrémités, nous plaçons un appareil appelé Zero Energy Device (ZED) ou tag, dont le concept a été introduit dans un article de recherche publié en 2021. Le ZED se démarque par son bilan énergétique nul : il s’auto-alimente en absorbant la lumière naturelle ou ambiante, et la stocke afin d’assurer son autonomie. De plus, pour ne pas gaspiller le peu d’énergie qu’il a réussi à récupérer, le ZED n’émet aucune onde, car cela consomme trop. Pour diffuser son message, il réfléchit les ondes ambiantes qui existent. »
Quand le signal « rebondit » par rétrodiffusion ambiante
Cette particularité est au cœur de la nouvelle approche de géolocalisation, sous le nom de communication par rétrodiffusion ambiante (Ambient Backscatter Communication, AmBC). Les smartphones émettent régulièrement des signaux de contrôle vers les stations de base. Un ZED à proximité rétrodiffuse ces signaux ambiants de manière ondulée, pour diffuser son identité. Avec ces deux messages – celui du smartphone et celui du ZED – transmis vers la station de base, le smartphone est informé de la présence du ZED et peut se localiser.
Dinh Thuy Phan Huy schématise via une analogie : « Le smartphone émet de la lumière pour être vu par la station de base, et le ZED est un miroir qui alterne entre un état réfléchissant et un état transparent. La station de base voit la lumière du téléphone, ainsi qu’une séquence de flashs lumineux précise transmise par le ZED. C’est à partir de ces informations qu’elle peut détecter quand un smartphone est avoisinant au ZED, et dans la même pièce par extension. »
Sous forme de prototypes à l’heure actuelle, ces ZED sont des concentrés – miniatures – de lowtech, incluant notamment un panneau solaire, une batterie, un microcontrôleur, un switch radio fréquence, ainsi qu’une antenne dipôle (qui lui permet d’alterner entre états transparent et réfléchissant). Si l’effort de recherche se poursuit afin d’optimiser leurs performances en termes de portée et de temps de détection, ils présentent un potentiel significatif dans la perspective de réseaux plus durables.
La communication du futur : ambiante et responsable
Ce dispositif d’« IoT ambiant », dont le champ de mise en œuvre va au-delà de la localisation indoor, représente en effet une alternative durable prometteuse pour l’avenir. Avec le ZED, un opérateur pourrait développer des applications IoT à haute valeur ajoutée, en tirant parti de la connectivité ambiante (4G, 5G et au-delà), et sans générer de consommations énergétiques ou d’ondes additionnelles. De plus, l’appareil est productible à bas coût, ne nécessite pas de maintenance et cible une durée de vie supérieure à 30 ans. Tous ces atouts sont alignés avec la vision d’Orange sur les réseaux du futur, détaillée dans un récent livre blanc. En cela, les ZED s’avancent comme un enabler technologique clé pour les réseaux ambients, cohérent avec des enjeux de viabilité économique, et de soutenabilité sur les plans environnemental/sociétal.
Ambient Backscatter in Mobile Networks: Crowd-Detectable Zero-Energy-Device (CD ZED) concept
En savoir plus :
Zero-Energy Devices for 6G: First Real-Time Indoor Localization Thanks to Ambient Backscattering of Commercial 4G UEs (en anglais)
Winner of the IEEE RFID-TA 2021 Best Paper Award (en anglais)
Ambient Backscatter Communication in LTE Uplink Using Sounding Reference Signals (en anglais)
Dinh Thuy Phan Huy
