Indoor Positionsbestimmung mit Ultra-wideband

Indoor Tracking im Industrieumfeld erfordert mitunter eine sehr genaue Positionsbestimmung. Hierfür bieten wir Lösungen mit der Nahfunktechnik Ultra-wideband (UWB, Ultra Breitband) an, die außerhalb der gängigen Consumer-Standards WLAN und Bluetooth Low Energy arbeitet und Positionsgenauigkeiten von unter 30 Zentimetern bietet.

Indoor Positioning mit Ultra-wideband hat verschiedene Vorteile: Die Genauigkeit ist mit 10-30 Zentimetern deutlich höher als bei Beacons (1-3 Meter) oder WLAN (5-15 Meter). Die Latenzzeit ist sehr gering (Positionsabfrage bis zu 100 Mal pro Sekunde möglich) und Höhenunterschiede lassen sich äußerst präzise bestimmen. Die Technik ist jedoch eine Sonderlösung, die entsprechende Komponenten benötigt und daher überwiegend für spezielle Industrieanwendungen in Frage kommt.

Funktionsweise von Indoor Lokalisierung mit Ultra-wideband

Ultra-wideband ist eine Art der Nahbereichsfunkkommunikation, die zur Indoor Lokalisierung genutzt werden kann. Im Gegensatz zu Bluetooth Low Energy und WLAN basiert die Positionsbestimmung nicht auf der Messung von Signalstärken (Receive Signal Strength Indicator, RSSI), sondern auf einem Laufzeitverfahren (Time of Flight, ToF). Dabei wird die Lichtlaufzeit zwischen einem Objekt und mehreren Empfängern (Anchors – infsoft Locator Nodes 1100) gemessen. Für die genaue Lokalisierung eines Objektes sind mindestens 3 Empfänger nötig (Trilateration), außerdem müssen direkte Sichtverbindungen zwischen Empfänger und Sender bestehen.

Das Objekt, dessen Position bestimmt werden soll (Asset), wird mit einem kleinen Tag (infsoft UWB Tag) ausgestattet, der batteriebetrieben ist oder z.B. über einen Gabelstapler mit Strom versorgt werden kann. Der Tag sendet Daten (ID, ToF, timestamp) an die infsoft Locator Nodes 1100. Diese sind fix in die Infrastruktur eingebracht und können über die gemessene Lichtlaufzeit berechnen, wie weit das Asset entfernt ist. Kombiniert man die Daten aus mindestens 3 Locator Nodes, ergibt sich eine 10-30 Zentimeter genaue Positionsangabe.

Setup eines Ultra-wideband basierten Systems: zwei Ansätze

SERVERSEITIG

Infografik Serverseitige Positionsbestimmung UWB
Infografik: serverseitige Positionsbestimmung mit Ultra-wideband (UWB)

Visualisierung der Positionsdaten im Backend, keine Anzeige auf einem Client (Smartphone).

Für die Positionsbestimmung ermittelt der UWB Tag den Abstand zu mehreren infsoft Locator Nodes 1100 und sendet die Daten an die Locator Nodes zurück. infsoft Locator Nodes 1100 sind modular und bieten auch ein UWB-Modul, so dass sie als Empfangseinheit eingesetzt werden können. Der infsoft Locator Node verarbeitet die bereitgestellten Daten und sendet sie via WiFi, Ethernet oder UMTS an die infsoft LocAware platform®. Dort wird die Position bspw. in einer Karte dargestellt.

CLIENTSEITIG

Infografik Clientseitige Positionsbestimmung UWB
Infografik: clientseitige Positionsbestimmung mit Ultra-wideband (UWB)

Visualisierung der Positionsdaten auf einem Client (Smartphone) und ggf. Übermittlung an Backend.

Sollen die Positionsdaten unmittelbar auf einem mobilen Endgerät (Smartphone) dargestellt werden, können die infsoft UWB Tags direkt via Bluetooth oder einer USB-Schnittstelle mit dem Smartphone kommunizieren. Das Detektionsverfahren über die Laufzeitmessung zu den infsoft Locator Nodes 1100 bleibt bestehen. Der UWB Tag tauscht die Daten via Bluetooth oder per USB-Schnittstelle mit dem Endgerät aus, welches die Daten, falls gewünscht, auch an die infsoft LocAware platform® senden kann.

Technische Merkmale von Ultra-wideband

  • Nutzung extrem großer Frequenzbereiche mit einer Bandbreite von mindestens 500 MHz
  • Kaum störungsanfällig (Interferenzen)
  • Frequenzbereich 3,1 – 10,6 GHz
  • Sendeleistung 0,5 mW / −41,3 dBm/MHz
  • Reichweite 10 – 150 m (je nach Anwendungsfall)
  • Datenrate 110 kbit/s – 6,8 Mbit/s

infsoft Locator Node 1100: Der infsoft Locator Node 1100 fungiert als Anchor sowie Gateway und leitet die Daten an die infsoft LocAware platform® weiter. Bei serverseitigen Positionsverfahren erfolgt dort die Berechnung der Position. Mehr Informationen zu infsoft Locator Nodes 1100.

infsoft UWB Tag: Sender auf Basis von UWB Technologie, der an Personen oder Objekte angebracht wird. Er ist batteriebetrieben und sendet Daten zur Lokalisierung an die Anchors. Mehr Informationen zu infsoft UWB Tags.

WEITERE ORTUNGSTECHNOLOGIEN

Feat Img Wifi

WLAN

Feat Img BLE

Bluetooth Low Energy (Beacons)

Feat Img Rfid

RFID

WLAN
Bluetooth Low Energy
RFID

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