Practical indoor localization system using GSM fingerprints and embedded sensors

L’objet de cette thèse est l’étude de la localisation et de la navigation à l’intérieur de bâtiments à l’aide des signaux disponibles dans les systèmes mobiles cellulaires et, en particulier, les signaux GSM.Le système GPS est aujourd’hui couramment utilisé en extérieur pour déterminer la position d’un objet, mais les signaux GPS ne sont pas adaptés à la localisation en intérieurIci, la localisation en intérieur est obtenue à partir de la technique des «empreintes» de puissance des signaux reçus sur les canaux utilisés par les réseaux GSM. Elle est réalisée à l’échelle de la pièce. Une classification est effectuée à partir de machines à vecteurs supports et les descripteurs utilisés sont les puissances de toutes les porteuses GSM. D’autres capteurs physiques disponibles dans les téléphones portables fournissent des informations utiles pour déterminer la position ou le déplacement de l’utilisateur. Celles-ci, ainsi que la cartographie de l’environnement, sont associées aux résultats obtenus à partir des «empreintes» GSM au sein de filtres particulaires afin d’obtenir une localisation plus précise, et sous forme de coordonnées continues.Les résultats obtenus montrent que l’utilisation des seules empreintes GSM permet de déterminer la pièce correcte dans 94% des cas sur une durée courte et que les performances restent stables pendant plusieurs mois, de l’ordre de 80%, si les données d’apprentissage sont enregistrées sur quelques jours. L’association de la cartographie du lieu et des informations issues des autres capteurs aux données de classification permettent d’obtenir les coordonnées de la trajectoire du système mobile avec une bonne précision et une bonne fiabilité.GPS has long been used for accurate and reliable outdoor localization, but it cannot operate in indoor environments, which suggests developing indoor localization methods that can provide seamless and ubiquitous services for mobile users.In this thesis, indoor localization is realized making use of received signal strength fingerprinting technique based on the existing GSM networks. A room is defined as the minimum location unit, and support vector machine are used as a mean to discriminate the rooms by classifying received signal strengths from very large number of GSM carriers. At the same time, multiple sensors, such as accelerometer and gyroscope, are widely available for modern mobile devices, which provide additional information that helps location determination. The hybrid approach that combines the GSM fingerprinting results with mobile sensor and building layout information using a particle filter provides a more accurate and fine-grained localization result.The results of experiments under realistic conditions demonstrate that correct room number can be obtained 94% of the time provided the derived model is used before significant received signal strength drift sets in. Furthermore, if the training data is sampled over a few days, the performance can remain stable exceeding 80% over a period of months, and can be further improved with various post-processing techniques. Moreover, including the mobile sensors allows the system to localize the mobile trajectory coordinates with high accuracy and reliability