Jak wybrać odpowiedni system pozycjonowania?

Na rynku jest tak wiele systemów pozycjonowania, że łatwo się w nich pogubić. Trzeba wziąć pod uwagę m.in. zasięg, dokładność, pobór mocy i zastosowania każdego rozwiązania.

W tym tekście przedstawiamy dostępne opcje. Przyglądamy się bliżej GPS, Bluetooth® Low Energy, AoA/AoD, WiFi, RFID, NFC, VLC, UWB i innym ciekawym technologiom, które warto obserwować. Usiądź wygodnie i czytaj dalej!

GPS

Global Positioning System (GPS) to bardzo popularny satelitarny system nawigacji. Każdy z co najmniej 24 satelitów GPS nieustannie okrąża Ziemię i wysyła sygnał, który odbierają urządzenia GPS, by obliczyć swoje dokładne położenie. GPS określa odległość na podstawie czasu potrzebnego na odebranie sygnału.

To podejście ma pewne wady. Dokładność jest dość niska i nigdy nie jest bardzo precyzyjna, a w budynkach, gdzie sygnał jest słabszy, GPS często sobie nie radzi. Nie wspominając o ogromnym poborze mocy. Podsumowując: GPS świetnie sprawdza się w wyznaczaniu tras na mapach, ale niekoniecznie w zastosowaniach IoT.

Galileo, GLONASS i BeiDou to satelitarne systemy pozycjonowania opracowane odpowiednio przez Unię Europejską, Rosję i Chiny. Podobnie jak GPS zapewniają globalne pozycjonowanie i mogą służyć jako alternatywa dla GPS albo działać razem z nim, by poprawić dokładność i dostępność.

Zasięg: 20 000 km – orbitalny
Dokładność: ok. 5 metrów
Pobór mocy: wysoki
Zastosowanie: na zewnątrz
Przykłady użycia: mapy, trasy, sport, lotnictwo
Przykładowe wdrożenia: GLONASS, Galileo i Beidou – rosyjski, europejski i chiński system nawigacji

Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy to bezprzewodowy system radiowy w paśmie 2,4 GHz, który wykorzystuje jednokierunkową komunikację z energooszczędnymi beaconami krótkiego zasięgu, aby ustalić i zmierzyć położenie urządzenia. Analizuje siłę sygnału, by określić, czy urządzenie jest bliżej, czy dalej od beacona. Na tej podstawie oprogramowanie na zamówienie może uruchamiać określone działania.

Choć Apple niedawno wysunął Bluetooth LE na pierwszy plan w wykrywaniu bliskości, nie jest to świetne ani precyzyjne narzędzie do mierzenia odległości. Na przykład przeszkoda między urządzeniem a beaconem osłabi sygnał, co zostanie odczytane jako wyjście poza zasięg, choć żaden z obiektów się nie porusza. BLE świetnie sprawdza się za to w marketingu opartym na bliskości.

Zasięg: ok. 10–20 metrów
Dokładność: średnio ok. 3 metrów
Pobór mocy: niski
Zastosowanie: raczej w budynkach
Przykłady użycia: IoT, marketing oparty na bliskości, handel detaliczny
Przykładowe wdrożenie: rozwiązania IoT Kontakt.io

UWB

Ultra Wideband (UWB) to stosunkowo nowa technologia, która według wielu zrewolucjonizuje bezprzewodowe pozycjonowanie i śledzenie. Przypomina Bluetooth i WiFi, bo działa na falach radiowych krótkiego zasięgu. Urządzenia z UWB wysyłają i odbierają dane w postaci energii radiowej. Położenie i odległość ustala się na podstawie czasu przelotu odpowiedzi w obie strony.

Dzięki szerokiemu pasmu sygnału UWB informacje o lokalizacji są bardzo dokładne i dostępne w czasie rzeczywistym. Jednocześnie UWB zużywa mniej energii niż inne porównywalne technologie. Choć wdrożenie UWB jest wciąż stosunkowo drogie, a samo rozwiązanie nie jest jeszcze bardzo popularne, uważa się, że to kolejny przełom w technologiach pozycjonowania i śledzenia.

Zasięg: skutecznie do 25 metrów
Dokładność: 5–10 centymetrów
Pobór mocy: niski
Zastosowanie: w budynkach i na zewnątrz
Przykłady użycia: IoT, smart home, systemy śledzenia i pozycjonowania
Przykładowe wdrożenie: Spark Control – system pozycjonowania w budynkach

AirTag

Musimy wspomnieć o produkcie, który wnosi świeżość do systemów pozycjonowania – rozwiązaniu od Apple. AirTag to małe akcesorium, które pomaga śledzić i odnajdywać przedmioty w aplikacji Apple Find My (Znajdź). Urządzenie ma zaprojektowany przez Apple chip U1 z technologią Ultra-Wideband, dzięki której precyzyjnie wskazuje położenie. AirTag, który jest zbyt daleko od właściciela i poza zasięgiem Bluetooth, korzysta z sieci Find My – tworzą ją urządzenia Apple, takie jak iPhone, iPad i Mac, które wykrywają sygnały Bluetooth zgubionego AirTaga. Komunikacja z siecią Find My jest szyfrowana end-to-end. Dostęp do danych o lokalizacji urządzenia ma tylko jego właściciel.

Zasięg: bez ograniczeń (jeśli w pobliżu jest inne urządzenie)
Dokładność: centymetry
Pobór mocy: niski
Zastosowanie: w budynkach i na zewnątrz

Ta zaawansowana technologia pozwala dokładniej określić odległość i kierunek do zgubionego AirTaga, gdy jest w zasięgu. Gdy użytkownik się porusza, funkcja Precision Finding łączy dane z aparatu, ARKit, akcelerometru i żyroskopu, a następnie prowadzi go do AirTaga za pomocą dźwięku, wibracji i wskazówek wizualnych. apple.com

AoA/AoD

Angle of Arrival (AoA) i Angle of Departure (AoD) to metody szacowania położenia śledzonych obiektów (np. urządzeń z Bluetooth) na podstawie pomiarów kątowych. Systemy AoA mają architekturę scentralizowaną: śledzone urządzenie wysyła sygnały radiowe, na podstawie których centralna infrastruktura oblicza jego położenie. Systemy AoD mają architekturę opartą na urządzeniu mobilnym, podobną do GPS – śledzone urządzenie samo oblicza swoją pozycję na podstawie danych z sieci.

Zaletą pomiarów kątowych jest to, że dają dokładne i powtarzalne wyniki, nawet w trudniejszych warunkach. Śledząc urządzenia z Bluetooth, rozwiązania AoA i AoD dobrze się też skalują – dzięki szerokiej gamie trwałych i niedrogich tagów dostępnych na rynku dla różnych branż. Są szczególnie popularne w handlu i śledzeniu zasobów, gdzie potrzebna jest większa precyzja.

Zasięg: do 300 metrów
Dokładność: do poziomu centymetrów
Pobór mocy: niski
Zastosowanie: w budynkach i na zewnątrz
Przykłady użycia: śledzenie zasobów, marketing oparty na bliskości, IoT
Przykładowe wdrożenie: Quuppa – system lokalizacji w czasie rzeczywistym dla różnych branż

WiFi

WiFi to protokół bezprzewodowy powszechnie używany do łączenia urządzeń w sieci lokalne i dostępu do internetu. W rozwiązaniach do pozycjonowania WiFi opiera się na tagach i nadajnikach wysyłających pakiety danych. Dane te analizuje się pod kątem czasu transmisji i siły sygnału, by obliczyć lokalizację.

WiFi to zdecydowanie najpopularniejsze rozwiązanie do lokalizacji w budynkach – jest szeroko dostępne i powszechnie używane. Prawie każde urządzenie IoT obsługuje WiFi, co czyni tę technologię łatwym wyborem przy tworzeniu oprogramowania lokalizacyjnego na zamówienie. Niestety routery i tagi WiFi są stosunkowo drogie, pobór mocy jest ogromny, a dokładność lokalizacji naprawdę słaba w porównaniu z innymi rozwiązaniami.

Zasięg: ok. 50 metrów, ale można go rozszerzyć
Dokładność: 3–5 metrów, bez ustalania dokładnej lokalizacji
Pobór mocy: wysoki, routery WiFi muszą być stale podłączone do prądu
Zastosowanie: raczej w budynkach, ale też na zewnątrz
Przykłady użycia: IoT, dostęp do internetu, produkcja
Przykładowe wdrożenie: OCKO – platforma analityczna rejestrująca zachowania ludzi w określonym czasie i przestrzeni

RFID

Radio-Frequency Identification (RFID) to bezprzewodowe rozwiązanie do identyfikacji i śledzenia obiektów i urządzeń. RFID opiera się na czytniku z anteną i transponderze, czyli tagu. Mogą być aktywne (z własnym źródłem zasilania) albo pasywne, czyli zasilane energią z czytnika. Gdy tag znajdzie się w polu czytnika, oprogramowanie na zamówienie uruchamia określone działania.

Niestety RFID nie nadaje się do mierzenia odległości między czytnikiem a tagiem – pozwala tylko ustalić, czy transponder jest w zasięgu anteny. Mimo to technologia ta jest powszechnie stosowana w kontroli dostępu, zarządzaniu personelem, produkcji, logistyce i inwentaryzacji.

Zasięg: aktywne systemy RFID do 100 metrów, pasywne ok. 10 metrów
Dokładność: zależna od zasięgu, bez pomiaru odległości
Pobór mocy: raczej wysoki
Zastosowanie: w budynkach i na zewnątrz
Przykłady użycia: logistyka, kontrola dostępu, zarządzanie personelem
Przykładowe wdrożenie: CipherLab – wytrzymały mobilny komputer dotykowy

NFC

Near Field Communication (NFC) działa podobnie jak RFID, bo opiera się na tych samych protokołach. To technologia bezprzewodowa działająca na wysokich częstotliwościach, która pozwala urządzeniom znajdującym się bardzo blisko siebie komunikować się i wymieniać dane.

Główna różnica między NFC a RFID polega na tym, że urządzenie z NFC może działać zarówno jako czytnik, jak i transponder (tag), co pozwala przesyłać dane w obie strony. Ponieważ zasięg wynosi zaledwie 4 centymetry, zastosowania tej technologii są ograniczone – głównie do bezpiecznej komunikacji, kontroli dostępu i płatności zbliżeniowych.

Zasięg: 4 centymetry
Dokładność: bardzo wysoka
Pobór mocy: niski
Zastosowanie: w budynkach i na zewnątrz
Przykłady użycia: kontrola dostępu, płatności zbliżeniowe, bezpieczna komunikacja
Przykładowe wdrożenie: płatności zbliżeniowe NFC

VLC

Visible Light Communication (VLC) to bezprzewodowa technologia szybkiej transmisji danych oparta na strumieniu światła widzialnego. Dane przesyła się, modulując natężenie światła diody LED; odczytuje je fotodetektor (dioda), a oprogramowanie na zamówienie zamienia je na informacje.

VLC daje do dyspozycji widmo szersze niż fale radiowe i zdecydowanie mniej zatłoczone. To także niezwykle szybka technologia – komunikacja odbywa się niemal natychmiast. VLC dobrze sprawdza się w miejscach, gdzie jest wielu użytkowników, i zapewnia bezpieczeństwo w niebezpiecznych branżach. Oczywiście nie nadaje się tam, gdzie ściany lub przedmioty zasłaniają strumień światła.

Zasięg: 2 kilometry
Dokładność: 3–30 centymetrów
Pobór mocy: średni (niższy niż w tradycyjnym oświetleniu)
Zastosowanie: w budynkach
Przykłady użycia: samoloty, szpitale, kopalnie
Przykładowe wdrożenie: Philips Indoor Positioning

LIDAR

Pozycjonowanie oparte na LIDAR (Light Detection and Ranging): systemy te mierzą odległości za pomocą czujników laserowych i tworzą trójwymiarowe mapy otoczenia. Porównując kolejne skany LIDAR, można ustalić położenie i ruch urządzenia. Pozycjonowanie LIDAR stosuje się m.in. w pojazdach autonomicznych, robotyce i tworzeniu map.

Wiele systemów pozycjonowania – wiele możliwości

Warto pamiętać, że wybór może oznaczać połączenie kilku systemów pozycjonowania, aby spełnić konkretne wymagania. Na przykład połączenie GPS z INS lub IPS zapewnia bardziej niezawodne pozycjonowanie w różnych scenariuszach.

Wybór najlepszej technologii zależy od wymagań co do dokładności, otoczenia, obszaru pokrycia, dostępności, kosztów i poboru mocy. Ocena tych czynników z uwzględnieniem konkretnych potrzeb Twojej aplikacji pomoże wybrać najbardziej odpowiednią technologię pozycjonowania.

Masz pytania? Śmiało pytaj. Napisz do nas: advice@embiq.com