Indoor Positionsbestimmung, Tracking und Indoor Navigation mit Beacons
Die Indoor Navigation mit Beacons (am weitesten verbreitet sind die Typen iBeacon und Eddystone) bietet entscheidende Vorteile in Projekten, die auf hohe Genauigkeit angewiesen sind und Apple-Geräte berücksichtigen möchten. Eingesetzt in einem clientseitigen Verfahren ermöglichen Beacons zum Beispiel Indoor Navigation für Fluggäste, die eine App benutzen - plattformübergreifend und mit einer Genauigkeit von bis zu 1 Meter. Serverseitiges Tracking von Personen oder Waren (Beacon Tracking) ist mit entsprechender Empfänger-Hardware möglich (z.B. infsoft Locator Node, Cisco, HP Aruba). Hierbei wird der Beacon an das zu verfolgende Asset befestigt oder von den zu lokalisierenden Personen mitgeführt. Während das Tracking mit den etablierten Bluetooth Low Energy (Bluetooth 4.0) Beacons auf wenige Meter genau erfolgen kann, eröffnet der neue Funkstandard Bluetooth 5.1 Perspektiven für Genauigkeiten im Submeterbereich. Grundlage hierfür bildet die „Direction Finding“ Funktion von Bluetooth 5.1, die es ermöglicht, die Richtung eines Funksignals zu bestimmen.
Die Montage von Beacons ist sehr flexibel und einfach. Das Gehäuse ist in verschiedenen Farben erhältlich, sodass die Geräte in jede Umgebung unauffällig und einfach integriert werden können. Die Bluetooth Low Energy (BLE) Technologie ermöglicht Batteriebetrieb über zwei bis acht Jahre hinweg, ohne dabei auf externe Stromversorgung zurückgreifen zu müssen. Beacons können aber auch an das Stromnetz angeschlossen werden oder die Stromversorgung von Lampen nutzen. Für sehr unauffällige und platzsparende Installationen zum Beispiel auf ISO-Cards oder auf Werbemitteln eignen sich papierdünne Beacons mit gedruckter Batterie. Sie haben eine Batterielaufzeit von drei bis vier Tagen. Das in die Systeme von infsoft integrierte Beacon Management Tool erleichtert das Verwalten und Überwachen der Beacons.
Beacons können auch Sensorwerte liefern. Hierdurch wird die Erfassung von Bewegung (Beschleunigungs-/ Neigungsmesser), Temperatur, Feuchtigkeit, Luftdruck, Licht und Magnetismus ermöglicht. Damit eignen sie sich besonders für Anwendungen in den Bereichen Büro und Home Automation, Gesundheitswesen, Retail und Industrie. Mehr über zustandserfassende Sensoren
Funktionsweise von Bluetooth Low Energy Beacons
Bluetooth Beacons sind kleine Funksender, die im Umkreis von 10-30 Metern (Innenräume) Signale aussenden. Die Vorteile von Beacons liegen auf der Hand: Sie sind günstig (drei bis dreißig Euro), lassen sich mit minimalem Aufwand installieren, ermitteln eine Position bis zu 1 Meter genau und werden von vielen Betriebssystemen und Geräten unterstützt. Der Funkstandard BLE (Bluetooth Low Energy) ist zudem sehr stromsparend. Mit Beacons können sowohl serverbasierte (Beacon Tracking) als auch clientbasierte Anwendungen realisiert werden. Bei der Positionsbestimmung mit Beacons kann auch das aktuelle Stockwerk erkannt werden.
Clientseitig
Sollen die Positionsdaten unmittelbar auf einem mobilen Endgerät (Smartphone) dargestellt werden, empfängt das Smartphone Bluetooth-Signale von im Gebäude installierten Beacons und nutzt die Messung der Signalstärke zur Positionsbestimmung. Das Device kann die Daten, falls gewünscht, auch an die
infsoft LocAware platform® übermitteln, wo sie intelligent weiterverarbeitet werden. Die Genauigkeit bei einem clientseitigen Verfahren liegt bei 1-3 Metern, die Reichweite bei bis zu 30 Metern.
Serverseitig
Bei einer serverseitigen Positionsbestimmung sendet der am zu verfolgenden Asset befestigte Beacon BLE-Signale an im Gebäude installierte
infsoft Locator Nodes. Der Locator Node verarbeitet die bereitgestellten Daten und sendet sie via WLAN, Ethernet oder UMTS an die
infsoft LocAware platform®. Dort können bspw. die Position in einer Karte dargestellt und Bewegungsstatistiken abgerufen werden. Die Genauigkeit bei einem serverseitigen Verfahren liegt bei unter 8 Metern (bei Verwendung von Bluetooth 5.1 bei 0,5-1 m), die Reichweite bei bis zu 75 Metern.
Bluetooth Low Energy Beacons sind von zahlreichen Anbietern in verschiedenen Größen und Formen verfügbar, die sich für unterschiedliche Einsatzzwecke eignen. Durch den Industriestandard Bluetooth Smart sind die Lösungen von infsoft mit Beacons aller Hersteller kompatibel. infsoft stellt selbst keine Beacons her, wir vermitteln jedoch gern den Kontakt zu entsprechenden Bezugsquellen.
Parametrierung und Interferenzen
Beacons tragen bestimmte
Kennzahlen, mithilfe derer sie sich zuordnen, unterscheiden und parametrieren lassen. Bei
iBeacons sind das UUID (Zugehörigkeit zu einer Obergruppe, z.B. "Frankfurt Airport"), Major (Zuordnung zu einer bestimmten Gruppe, z.B. "Terminal 1"), Minor (Identifikation einzelner Beacons, z.B. "Beacon #10"), TX Power (Signalstärke) und Sendeintervall.
Eddystone Beacons tragen mehrere „frame types“, die sich von iBeacon unterscheiden: Eddystone-UUID: (16-stellige ID, die Gruppenzugehörigkeit und Identität eines einzelnen Beacons angibt), Eddystone-URL (frei wählbare URL) und Eddystone-TLM (aktueller Status des Beacons).
Bluetooth Beacons beeinflussen andere Funknetze normalerweise nicht (Interferenzen) und auch medizinische Geräte bleiben ungestört. Installiert man jedoch Beacons in einem Raum mit sehr vielen WiFi-Signalen (zum Beispiel auf einer Messe), können Interferenzen auftreten, da sich BLE und WiFi den gleichen Frequenzbereich (2,4 GHz) teilen. Das Problem lässt sich allerdings leicht umgehen, indem man bei der Konfiguration des WiFi die Kanäle 2,3,4,13 und 14 vermeidet und stattdessen 1,6,7,8,9,10,11 und 12 nutzt. Bluetooth lastet die zur Verfügung stehenden restlichen Kanäle gleichmäßig aus (Frequency Hopping). In der Grafik rot markiert sind die Advertising Channels, die zur Positionsbestimmung genutzt werden. Die blau eingefärbten Kanäle sind für Zusatzfunktionen wie z.B. einen Temperatursensor reserviert.
Innerhalb von Gebäuden ergeben sich bei BLE Beacons
Dämpfungen in der Signalausbreitung. Entsprechende Charakteristiken werden bei der Anbringung und Parametrierung berücksichtigt.
Geringe Dämpfungseigenschaften: Holz, synthetische Materialien, Glas
Mittlere Dämpfungseigenschaften: Ziegel, Marmor
Hohe Dämpfungseigenschaften: Gips, Beton, beschichtete Glasoberflächen (schussfeste Ausführungen etc.)
Sehr hohe Dämpfungseigenschaften: Metall, Wasser (hierzu zählen auch Personen/-gruppen)
Use Cases für Indoor Lokalisierung mit Beacons
Es gibt zahlreiche Anwendungsszenarien für die Indoor Lokalisierung mit Bluetooth Low Energy Beacons. Hier einige Beispiele:
Beacons ermöglichen die Indoor Navigation für Fluggäste und Bahnreisende. Mit einer App können das richtige Gate/Gleis oder Sonderziele wie Geldautomaten, Toiletten und Ticketschalter schnell gefunden werden. Dies funktioniert sowohl mit Android- als auch iOS-Geräten.
Eingesetzte Software-Lösung: Indoor Navigation
Eingesetzte Sensorik: Bluetooth Low Energy (Beacons)
Anwendungsbeispiel: Intermodale Reiseplanung