Wie wählt man das passende Ortungssystem?

Bei der Vielzahl an Ortungssystemen auf dem Markt verliert man schnell den Überblick. Zu berücksichtigen sind unter anderem Reichweite, Genauigkeit, Stromverbrauch und Einsatzbereiche der jeweiligen Lösung.

In diesem Beitrag geben wir einen Überblick über die verfügbaren Optionen. Wir sehen uns GPS, Bluetooth® Low Energy, AoA/AoD, WiFi, RFID, NFC, VLC, UWB und weitere interessante Technologien genauer an. Lehnen Sie sich zurück und lesen Sie weiter!

GPS

Das Global Positioning System (GPS) ist ein sehr verbreitetes satellitengestütztes Navigationssystem. Jeder der mindestens 24 GPS-Satelliten umkreist ständig die Erde und sendet ein Signal, das GPS-Geräte empfangen, um ihre genaue Position zu berechnen. GPS bestimmt die Entfernung anhand der Zeit, die das Signal bis zum Empfang benötigt.

Dieser Ansatz hat einige Nachteile. Die Genauigkeit ist eher gering und nie sehr präzise, und in Gebäuden, wo das Signal schwächer ist, hat GPS oft Probleme. Ganz zu schweigen vom hohen Stromverbrauch. Unterm Strich ist GPS hervorragend für die Routenplanung auf Karten geeignet, aber nicht unbedingt für IoT-Anwendungen.

Galileo, GLONASS und BeiDou sind satellitengestützte Ortungssysteme der Europäischen Union, Russlands und Chinas. Wie GPS bieten sie weltweite Positionsbestimmung und können als Alternative zu GPS oder in Kombination damit genutzt werden, um Genauigkeit und Verfügbarkeit zu verbessern.

Reichweite: 20.000 km – orbital
Genauigkeit: etwa 5 Meter
Stromverbrauch: hoch
Einsatz: im Freien
Anwendungsfälle: Karten, Routen, Sport, Luftfahrt
Beispiele aus der Praxis: GLONASS, Galileo und Beidou – russisches, europäisches und chinesisches Navigationssystem

Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy ist ein drahtloses Funksystem im 2,4-GHz-Band, das per Einwegkommunikation mit stromsparenden Beacons kurzer Reichweite die Position eines Geräts bestimmt und misst. Es wertet die Signalstärke aus, um zu erkennen, ob sich das Gerät dem Beacon nähert oder sich entfernt. Darauf aufbauend kann Individualsoftware bestimmte Aktionen auslösen.

Apple hat Bluetooth LE zwar kürzlich in den Mittelpunkt der Näherungserkennung gerückt, ein präzises Werkzeug zur Entfernungsmessung ist es aber nicht. Ein Hindernis zwischen Gerät und Beacon schwächt zum Beispiel das Signal – das wird als Verlassen der Reichweite gedeutet, obwohl sich keines der Objekte bewegt. Für standortbezogenes Proximity-Marketing eignet sich BLE dagegen sehr gut.

Reichweite: etwa 10–20 Meter
Genauigkeit: durchschnittlich etwa 3 Meter
Stromverbrauch: niedrig
Einsatz: eher in Gebäuden
Anwendungsfälle: IoT, Proximity-Marketing, Einzelhandel
Beispiel aus der Praxis: IoT-Lösungen von Kontakt.io

UWB

Ultra Wideband (UWB) ist eine relativ neue Technologie, die nach Ansicht vieler die drahtlose Ortung und Verfolgung revolutionieren wird. Sie ähnelt Bluetooth und WiFi, da sie über Funkfrequenzen mit kurzer Reichweite arbeitet. UWB-fähige Geräte senden und empfangen Daten in Form von Funkenergie. Position und Entfernung werden anhand der Umlaufzeit der Antwort bestimmt.

Dank der Breite des UWB-Signals sind die Standortinformationen sehr genau und in Echtzeit verfügbar. Gleichzeitig verbraucht UWB weniger Energie als vergleichbare Technologien. Auch wenn die Einführung von UWB noch relativ teuer und die Lösung selbst noch nicht sehr verbreitet ist, gilt UWB als der nächste große Schritt bei Ortungs- und Tracking-Technologien.

Reichweite: effektiv bis zu 25 Meter
Genauigkeit: 5–10 Zentimeter
Stromverbrauch: niedrig
Einsatz: in Gebäuden und im Freien
Anwendungsfälle: IoT, Smart Home, Tracking- und Ortungssysteme
Beispiel aus der Praxis: Spark Control – Indoor-Ortungssystem

AirTag

Ein Produkt, das frischen Wind in die Ortungssysteme bringt, dürfen wir nicht auslassen: die Lösung von Apple. AirTag ist ein kleines Zubehör, mit dem sich Gegenstände über die Apple-App „Wo ist?“ (Find My) orten und finden lassen. Das kleine Gerät hat den von Apple entwickelten U1-Chip mit Ultra-Wideband-Technologie, der den Standort präzise anzeigt. AirTags, die zu weit von ihrem Besitzer entfernt und außerhalb der Bluetooth-Reichweite sind, nutzen das „Wo ist?“-Netzwerk: Apple-Geräte wie iPhone, iPad und Mac erkennen die Bluetooth-Signale eines verlorenen AirTags. Die Kommunikation mit dem Netzwerk ist Ende-zu-Ende-verschlüsselt. Nur der Besitzer eines Geräts hat Zugriff auf dessen Standortdaten.

Reichweite: unbegrenzt (wenn ein anderes Gerät in der Nähe ist)
Genauigkeit: Zentimeter
Stromverbrauch: niedrig
Einsatz: in Gebäuden und im Freien

Diese fortschrittliche Technologie kann Entfernung und Richtung zu einem verlorenen AirTag in Reichweite genauer bestimmen. Während sich der Nutzer bewegt, kombiniert die Funktion „Genaue Suche“ Daten von Kamera, ARKit, Beschleunigungssensor und Gyroskop und führt ihn mit Ton, haptischem und visuellem Feedback zum AirTag. apple.com

AoA/AoD

Angle of Arrival (AoA) und Angle of Departure (AoD) sind Verfahren, mit denen sich die Position verfolgter Objekte (z. B. Bluetooth-fähiger Geräte) anhand von Winkelmessungen schätzen lässt. AoA-Systeme sind netzwerkzentriert aufgebaut: Das verfolgte Gerät sendet Funksignale, aus denen die zentrale Infrastruktur seine Position berechnet. AoD-Systeme sind gerätezentriert, ähnlich wie GPS: Das verfolgte Gerät berechnet seine Position selbst aus den Daten, die es vom Netzwerk empfängt.

Der Vorteil von Winkelmessungen: Solche Systeme liefern genaue und konstante Ergebnisse, auch in anspruchsvolleren Umgebungen. Da sie Bluetooth-fähige Geräte verfolgen, lassen sich AoA- und AoD-Lösungen zudem gut skalieren – dank der großen Auswahl an langlebigen, kostengünstigen Tags für verschiedene Branchen. Besonders beliebt sind sie im Einzelhandel und beim Asset-Tracking, wo mehr Präzision gefragt ist.

Reichweite: bis zu 300 Meter
Genauigkeit: bis in den Zentimeterbereich
Stromverbrauch: niedrig
Einsatz: in Gebäuden und im Freien
Anwendungsfälle: Asset-Tracking, Proximity-Marketing, IoT
Beispiel aus der Praxis: Quuppa – Echtzeit-Ortungssystem für verschiedene Branchen

WiFi

WiFi ist ein drahtloses Protokoll, das häufig für lokale Netzwerke und den Internetzugang genutzt wird. Für die Ortung stützt sich WiFi auf Tags und Sender, die Datenpakete aussenden. Aus Übertragungszeit und Signalstärke dieser Daten wird der Standort berechnet.

WiFi ist die am weitesten verbreitete Lösung zur Ortung in Gebäuden – breit verfügbar und überall im Einsatz. Fast jedes IoT-Gerät unterstützt WiFi, was die Technologie zu einer naheliegenden Wahl für individuelle Ortungssoftware macht. Leider sind WiFi-Router und Tags relativ teuer, der Stromverbrauch ist hoch und die Ortungsgenauigkeit im Vergleich zu anderen Lösungen sehr gering.

Reichweite: etwa 50 Meter, erweiterbar
Genauigkeit: 3–5 Meter, ohne exakte Standortbestimmung
Stromverbrauch: hoch, WiFi-Router müssen ständig am Strom hängen
Einsatz: eher in Gebäuden, aber auch im Freien
Anwendungsfälle: IoT, Internetzugang, Fertigung
Beispiel aus der Praxis: OCKO – Analyseplattform, die menschliches Verhalten in einem bestimmten Zeitraum und Raum erfasst

RFID

Radio-Frequency Identification (RFID) ist eine drahtlose Lösung zur Identifizierung und Verfolgung von Objekten und Geräten. RFID besteht aus einem Lesegerät mit Antenne und einem Transponder, dem Tag. Diese können aktiv (mit eigener Stromquelle) oder passiv sein, also vom Lesegerät mit Energie versorgt werden. Gelangt ein Tag in das Feld eines Lesegeräts, löst Individualsoftware bestimmte Aktionen aus.

Leider eignet sich RFID nicht, um die Entfernung zwischen Lesegerät und Tag zu messen – es zeigt nur, ob sich der Transponder in Reichweite der Antenne befindet. Dennoch wird die Technologie häufig für Zutrittskontrolle, Personalmanagement, Fertigung, Logistik und Inventur genutzt.

Reichweite: aktive RFID-Systeme bis zu 100 Meter, passive etwa 10 Meter
Genauigkeit: abhängig von der Reichweite, ohne Entfernungsmessung
Stromverbrauch: eher hoch
Einsatz: in Gebäuden und im Freien
Anwendungsfälle: Logistik, Zutrittskontrolle, Personalmanagement
Beispiel aus der Praxis: CipherLab – robuster mobiler Touch-Computer

NFC

Near Field Communication (NFC) funktioniert ähnlich wie RFID, da es auf denselben Protokollen basiert. Es ist eine drahtlose Technologie mit hohen Frequenzen, über die Geräte in unmittelbarer Nähe kommunizieren und Daten austauschen können.

Der wesentliche Unterschied zwischen NFC und RFID: Ein NFC-fähiges Gerät kann sowohl Lesegerät als auch Transponder (Tag) sein und damit Daten in beide Richtungen übertragen. Da die Reichweite nur 4 Zentimeter beträgt, ist der Einsatz begrenzt – vor allem auf sichere Kommunikation, Zutrittskontrolle und kontaktloses Bezahlen.

Reichweite: 4 Zentimeter
Genauigkeit: sehr genau
Stromverbrauch: niedrig
Einsatz: in Gebäuden und im Freien
Anwendungsfälle: Zutrittskontrolle, kontaktloses Bezahlen, sichere Kommunikation
Beispiel aus der Praxis: kontaktloses Bezahlen per NFC

VLC

Visible Light Communication (VLC) ist eine drahtlose Hochgeschwindigkeitstechnologie zur Datenübertragung über sichtbares Licht. Dabei werden Daten durch Modulation der Helligkeit einer LED übertragen, von einem Fotodetektor (einer Diode) gelesen und von Individualsoftware in Informationen übersetzt.

VLC bietet ein größeres Spektrum als Funkfrequenzen, das deutlich weniger ausgelastet ist. Die Technologie ist zudem extrem schnell, die Kommunikation erfolgt nahezu ohne Verzögerung. VLC eignet sich gut für Umgebungen mit vielen Nutzern und bietet Sicherheit in gefährlichen Branchen. Ungeeignet ist es natürlich dort, wo Wände oder Gegenstände den Lichtstrahl unterbrechen.

Reichweite: 2 Kilometer
Genauigkeit: 3–30 Zentimeter
Stromverbrauch: mittel (niedriger als bei herkömmlicher Beleuchtung)
Einsatz: in Gebäuden
Anwendungsfälle: Flugzeuge, Krankenhäuser, Bergwerke
Beispiel aus der Praxis: Philips Indoor Positioning

LIDAR

LIDAR-basierte Ortung (Light Detection and Ranging): Diese Systeme messen Entfernungen mit Lasersensoren und erstellen 3D-Karten der Umgebung. Durch den Vergleich aufeinanderfolgender LIDAR-Scans lassen sich Position und Bewegung eines Geräts bestimmen. Eingesetzt wird LIDAR-Ortung unter anderem in autonomen Fahrzeugen, in der Robotik und in der Kartografie.

Viele Ortungssysteme – viele Möglichkeiten

Dabei kann die Wahl auch auf eine Kombination verschiedener Ortungssysteme fallen, um bestimmte Anforderungen zu erfüllen. So sorgt etwa die Kombination von GPS mit INS oder IPS in verschiedenen Szenarien für eine robustere Positionsbestimmung.

Welche Technologie am besten passt, hängt von Faktoren wie Genauigkeitsanforderungen, Umgebung, Abdeckungsbereich, Verfügbarkeit, Kosten und Stromverbrauch ab. Wenn Sie diese Faktoren bewerten und die konkreten Anforderungen Ihrer Anwendung berücksichtigen, finden Sie die passende Ortungstechnologie.

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