Communicatieprotocollen vergelijken in RTLS:aankomsthoek versus fasebereik

Terwijl de Internet of Things (IoT)-industrie blijft groeien, zijn veel bedrijven begonnen met het ontwikkelen van Real Time Location Systems (RTLS) voor commerciële toepassingen. Er zijn verschillende protocollen die in RTLS kunnen worden gebruikt om de locatie van een getagd item te bepalen. Sommige nieuwere technologieën die worden gebruikt, zijn Phase Ranging en Angle of Arrival (AoA). In dit artikel zullen we beide technologieën onderzoeken, evenals de voor- en nadelen van elk, als onderdeel van een RTLS.

Wat is fasebereiktechnologie?

Phase Ranging bepaalt de locatie van een asset-tag door de faseverschuiving heen en terug te meten van signalen die van tag naar baken worden verzonden, op verschillende frequenties. Deze fase-informatie wordt vervolgens gebruikt om de retourafstand af te leiden. Omdat BLE-radio's met een laag vermogen fase met hoge precisie kunnen meten, maakt deze techniek bereiktechnologie mogelijk tegen veel lagere kosten dan op tijd gebaseerde systemen (zoals UWB).

Zodra de tag meetbereiken heeft tot ten minste vier bakens (idealiter>6), kan het zijn locatie trilateraal. Dit gebeurt allemaal binnen een paar honderd milliseconden.

Wat is Angle of Arrival (AoA)-technologie?

Net als Phase Ranging gebruikt AoA fasemetingen voor locatie, maar daar eindigen de overeenkomsten. In plaats van een bereik van tag tot baken te meten, schat AoA een peilinglijn van een tag tot een locator (een apparaat dat tagsignalen ontvangt). De kabelzoeker doet dit door gebruik te maken van een antenne-array en te schakelen tussen elementen tijdens signaalontvangst. Door faseverschuivingen tussen deze elementen te vergelijken kan de hoek van het binnenkomende signaal worden berekend. Wanneer het signaal van een tag door meerdere locators wordt ontvangen, kan de taglocatie worden afgeleid door te schatten waar de 'stralen' van elke locator elkaar kruisen.

De verschillen onderzoeken

Nu u een algemeen begrip heeft van Phase Ranging en AoA, gaan we eens kijken naar de belangrijkste functionaliteiten, voordelen en nadelen van deze RTLS-communicatieprotocollen.

1. Oplossing

   In een AoA-systeem is de resolutie afhankelijk van de afstand tot de zoeker. Dit kan worden gevisualiseerd als spaken op een wiel; hoe verder u van de naaf af rijdt, hoe groter de afstand tussen de spaken. Evenzo geldt dat hoe verder een AoA-tag van de zoeker verwijderd is, hoe grover de locatieresolutie wordt. Dit legt beperkingen op aan de plaatsing van de zoeker, b.v. ze kunnen niet op te hoge plafonds worden gemonteerd. De resolutie van het Phase Ranging-systeem is daarentegen puur een functie van de signaalbandbreedte en is onafhankelijk van het bereik, dus bakens hoeven alleen maar te worden geplaatst om voldoende dekking te bereiken en om een ​​goede geometrie voor de tags te bieden.

2. Kosten

   Om hoeken te meten, heeft de AoA-zoeker een relatief grote, op maat gemaakte antenne-array met meerdere elementen nodig. Vanwege deze hardwarecomplexiteit is AoA meestal duurder dan Phase Ranging-systemen. Fasebereikbakens kunnen basis omni-antennes gebruiken (chip of geïntegreerd). De vergelijkende eenvoud van Phase Ranging-componenten verlaagt de overheadkosten voor de gebruiker.

3. Installatie

   Het algoritme dat gewoonlijk wordt gebruikt om de AoA te berekenen, wordt MUSIC (Meerdere signaalclassificatie) genoemd. Computationeel is dit een intensieve procedure - het is niet haalbaar om MUZIEK te implementeren op de asset-tag of locator. Dit vereist dat elke locator samples terugstuurt voor verwerking naar een 'edge processor' of de cloud. Gezien de hoeveelheid gegevens is de voorkeursmanier om dit te doen via bekabelde ethernetverbindingen, wat zowel de lokalisatiekosten als de installatiecomplexiteit verhoogt. Phase Ranging-tags daarentegen berekenen hun eigen locatie. Ze hebben geen uitgebreide backhaul-infrastructuur nodig. Door het gebruik van een Low Power Wide Area Network (LPWAN) link voor backhaul zijn er geen kabels nodig.

4. Multipath

   Iedereen die zich bezighoudt met het volgen van activa binnenshuis, weet dat metalen voorwerpen signalen kunnen reflecteren. Veel van het werk dat bij Link Labs met Phase Ranging-systemen is gedaan, was het minimaliseren van de impact van reflectie. In dit geval is AoA niet echt vergelijkbaar. Aangezien bereikmetingen de aankomsttijd aangeven, maakt het natuurlijk onderscheid tussen multipaden. In een op hoeken gebaseerd systeem is multipath moeilijker te identificeren. Hoewel het MUSIC-algoritme kan helpen bij het onderscheiden van het multipad, heeft het een belangrijke zwakte:het algoritme gaat ervan uit dat alle ontvangen signalen ongecorreleerd zijn (met andere woorden, het signaal komt niet van dezelfde bron). Multipath-reflecties zijn echter sterk gecorreleerd omdat het vertraagde versies van hetzelfde signaal zijn. Dit vereist het gebruik van aanvullende informatie, zoals signaalsterkte, om een ​​ruwe afstand tot de tag te berekenen, maar op signaalsterkte gebaseerde bereikmetingen zijn notoir onnauwkeurig, vooral op grotere afstanden van de kabelzoeker.

5. Nauwkeurigheid

Nauwkeurigheid is misschien wel de belangrijkste statistiek van een RTLS, maar ook de meest genuanceerde. Hier is als voorbeeld een cumulatieve distributiefunctie (CDF) van locatienauwkeurigheid vanuit een magazijn met behulp van het OnSite XLE Phase Ranging-systeem van Link Lab.

Y-as staat voor percentielen, bijv. 0,5 =50% - en de X-as vertegenwoordigt een parameter - in dit geval systeemnauwkeurigheid in meters

Om realistische verwachtingen te bieden, specificeren we de nauwkeurigheid van het 90e percentiel (d.w.z. de nauwkeurigheid die 90% van de tijd werd bereikt; dit zijn de statistieken die zijn gespecificeerd in de plotlegenda samen met het aantal bakens dat in de fix is ​​gebruikt) - in dit voorbeeld is het ongeveer 1,2 meter. Als we echter in plaats daarvan het 50e percentiel als onze specificatie zouden gebruiken, zouden we kunnen zeggen dat het een nauwkeurigheid van 40 cm heeft. Bij het vergelijken van systeemnauwkeurigheidsspecificaties is het cruciaal dat de onderliggende methodologie hetzelfde is, anders is het geen eerlijke vergelijking. Immers, als je naar de bovenstaande plot kijkt, merk je op dat een bepaald percentage van de tijd millimeter nauwkeurigheid werd bereikt. Systeemverkopers die minder scrupuleus zijn, kunnen ervoor kiezen lagere percentielgetallen te gebruiken om hun systeem nauwkeuriger te laten lijken dan het is. Vraag dus altijd onder welke omstandigheden de nauwkeurigheid is gemeten en welke statistische benchmarks zijn gebruikt.

Fasebereik via AirFinder OnSite XLE

Het begrijpen van de verschillen tussen Phase Ranging en AoA is van vitaal belang bij het nemen van een beslissing over welke oplossing voor het volgen van activa moet worden geïmplementeerd. Dat gezegd hebbende, wordt Phase Ranging over het algemeen beschouwd als de betere algehele technologie. Bij Link Labs maakt onze AirFinder Onsite Xtreme Low Energy (XLE) gebruik van Phase Ranging-technologie om gebruikers nauwkeurigheid te bieden zonder afbreuk te doen aan de levensduur van de tag-batterij en de kosten. Boek vandaag nog een demo voor meer informatie over XLE.