De nouveaux algorithmes optimisent le déploiement des balises BLE dans les bâtiments
Des chercheurs de l'Université technique de Brandebourg à Cottbus-Senftenberg (BTU) ont mis au point de nouvelles méthodes pour la planification automatique de réseaux de balises Bluetooth Low Energy. Ces algorithmes tiennent compte de la structure des bâtiments et de l'atténuation du signal radio et visent à permettre une localisation en intérieur fiable avec un nombre réduit de balises.
Où installer les balises BLE ?
Les balises BLE peuvent servir de points de référence fixes pour la localisation en intérieur dans les bâtiments. Un appareil mobile reçoit les signaux de plusieurs balises et estime sa position à partir de ceux-ci. Dans l’architecture étudiée, la détermination de la distance s’effectue via le RSSI et le calcul de la position par trilatération. Pour cela, chaque point pertinent doit être couvert simultanément par au moins trois balises.
Le véritable défi se pose donc avant même la mise en service : où faut-il installer les balises pour éviter toute lacune de couverture, sans pour autant déployer inutilement trop de matériel ?
Pour ce faire, les chercheurs de la BTU intègrent dans leur modélisation les caractéristiques des bâtiments telles que les murs, les plafonds, les surfaces vitrées, les types de matériaux et leur épaisseur. Ces facteurs influencent l’atténuation et, par conséquent, la portée attendue des signaux BLE.
Un logiciel de planification remplace le placement manuel
Dans la pratique, le placement des balises est souvent planifié manuellement. Cette méthode prend beaucoup de temps et ne permet ni de garantir une couverture triple complète, ni de réduire au minimum le nombre de balises.
L'équipe dirigée par Sven Löffler, Viktoria Abbenhaus, George Assaf et Petra Hofstedt combine donc trois approches d'optimisation :
la programmation par contraintes,
la recherche de grand voisinage et
les algorithmes évolutifs.
Ces nouveaux travaux prolongent les recherches antérieures grâce à des calculs plus rapides de la couverture radio, à des paramètres optimisés et à des méthodes hybrides.
Une avancée importante concerne le calcul de la couverture des balises. Dès que la portée maximale dérivée du modèle RSSI est dépassée, le calcul est interrompu. Dans le cadre de la recherche par grand voisinage, les données de couverture existantes sont en outre mises à jour de manière incrémentielle, au lieu d’être entièrement recalculées. Pour certaines parties du procédé, la charge de calcul a ainsi été réduite d’environ 80 %.
Les 29 modèles de bâtiments ont pu être résolus
Les chercheurs ont testé ces méthodes sur 29 modèles de bâtiments à plusieurs étages générés de manière synthétique. Les variantes antérieures basées sur des contraintes ne trouvaient une solution que pour 27,6 à 93,1 % des bâtiments, selon l’approche utilisée.
Grâce aux algorithmes améliorés, le taux de résolution est passé à 100 %. La combinaison de l’optimisation basée sur les contraintes et de la recherche de grand voisinage s’est avérée particulièrement efficace. Elle a permis de réduire le nombre moyen de balises nécessaires de 167 à 161 et a abouti à la meilleure solution pour 22 des 29 bâtiments testés.
Test sur un bâtiment réel de la BTU
De plus, la méthode a été appliquée à des plans réels d’un bâtiment de la BTU de trois étages situé à Cottbus. Pour la couverture triple modélisée, 39 balises au total ont été calculées, réparties en 13, 11 et 15 unités par étage. Les signaux BLE peuvent ainsi, dans certains cas, traverser les plafonds et contribuer à la couverture des étages voisins.
Les auteurs soulignent qu’il ne s’agit pas encore d’une validation réelle à grande échelle. Associée aux tests synthétiques, cette expérience fournit toutefois une première indication selon laquelle l’approche peut également être transposée à des bâtiments réels complexes.
De la localisation d’urgence au suivi d’actifs
Les domaines d’application possibles vont de la navigation en intérieur, la sécurité des personnes, la billetterie et les interventions d’urgence jusqu’au suivi des biens.
L’architecture étudiée est ici déterminante : les balises BLE fixes servent de points de référence. Les terminaux mobiles compatibles BLE, tels que les smartphones, les appareils portables ou d’autres dispositifs, reçoivent leurs signaux et déterminent ainsi leur position. Une architecture RTLS classique, dans laquelle une balise BLE émet et des localisateurs fixes calculent la position, ne fait pas l’objet de cette recherche.
Pour les intégrateurs de systèmes, l’intérêt pratique réside donc principalement dans la planification automatisée de l’infrastructure radio. Avant même l’installation, il est possible de modéliser le nombre de balises de référence nécessaires et les emplacements où elles doivent être installées afin d’atteindre la triple couverture requise.
L’étude en accès libre intitulée « Advanced Algorithms for the Three-Dimensional Beacon Placement Problem Based on Constraint Programming, Large Neighborhood Search, and Evolutionary Methods » a été publiée dans la revue SN Computer Science chez Springer Nature.
Consultez l’étude sur Springer Nature : https://link.springer.com/article/10.1007/s42979-026-05267-z