Nowa era sieci bezprzewodowych: UWB i lokalizacja

Technologie, które pomagają bezprzewodowo identyfikować i odnajdywać obiekty, to systemy lokalizacji w czasie rzeczywistym (RTLS). RTLS stosuje się głównie w pomieszczeniach i na wyznaczonych obszarach, np. w budynkach – nie daje globalnego zasięgu jak GPS. RTLS można wykorzystać na kilka sposobów. Wybór zależy od dyskusji o tym, co jest najlepsze, najdokładniejsze, najtańsze i najlepiej pasuje do konkretnego rozwiązania. Możesz znać rozwiązania RTLS takie jak Wi-Fi, Bluetooth czy identyfikacja radiowa (RFID). Jest jednak system, który wciąż nie został w pełni odkryty: ultra-wideband (UWB) – system radiowy zaprojektowany do pomiaru odległości i lokalizacji dokładniej niż wąskopasmowe systemy radiowe, takie jak Wi-Fi czy Bluetooth. Pozwala przesyłać informacje na krótkim dystansie przy minimalnym zużyciu energii. Czym różni się od innych transmisji radiowych? UWB przesyła dane, generując energię radiową w ściśle określonym czasie. Nadajnik UWB wysyła jednocześnie miliardy impulsów w szerokim zakresie częstotliwości. Odbiornik zamienia impulsy na dane; trwa to około dwóch nanosekund, co pozwala UWB osiągnąć dokładność w czasie rzeczywistym.

Systemy UWB działają ponadto w pasmach, z których korzystają już inni użytkownicy widma. Ponieważ emisja jest ultraszerokopasmowa (nawet do 2 Gb/s), jej gęstość widmowa może być niewielka, więc moc tego sygnału odbierana przez urządzenia wąsko- i szerokopasmowe może być dużo niższa niż moc sygnałów, które mają odbierać. Dzięki temu można używać bardzo szerokiego zakresu częstotliwości bez zakłócania odbioru sygnałów wąsko- i szerokopasmowych.

UWB dla każdego

Na początku XXI wieku UWB stosowano tylko w wojsku, w radarach, i w medycynie, w systemach monitorowania pracy serca. Dziś podejście do UWB się zmieniło – bada się jego zastosowania komercyjne. Dlaczego? Bo UWB jest dużo dokładniejsze niż popularne systemy. 

Choć UWB nie jest tak popularne jak inne systemy, np. tagi RFID, Bluetooth czy po prostu Wi-Fi, można je spotkać w wielu podstawowych obszarach. Teraz jednak podejście do rozwiązań UWB się zmienia. Działa podobnie jak Wi-Fi – UWB pomaga na przykład lokalizować i badać, jak pracownicy poruszają się w miejscu pracy albo jak personel i klienci poruszają się po centrach handlowych. Stosuje się je też w produkcji: do sprawdzania lokalizacji sprzętu, badania jego wykorzystania, kontroli przemieszczania towarów, w tym niebezpiecznych, analizy przepływu ładunków i klientów, lokalizacji służb podczas akcji ratowniczych oraz w ochronie (systemy alarmowe). Można mierzyć nie tylko produkty, ale też ludzi, którzy pracują. UWB wydaje się dobrze nadawać do georadarów, systemów nadzoru i monitoringu, a nawet do obserwacji obiektów przez ściany.

Ultra-wideband może konkurować z RFID, NFC i Bluetooth  

Jeśli porównywać ultra-wideband, to na pewno z identyfikacją radiową (RFID) albo Bluetooth Low Energy (BLE). Wszystkie te technologie służą systemom lokalizacji w czasie rzeczywistym. RFID to dość stara technologia, ale bardzo tania. Dlatego wciąż jest popularna. Ma jednak wady. Działa z tanimi tagami, ale do ich wykrywania potrzebuje specjalnych narzędzi. Bywa mniej dokładna niż inne rozwiązania. Po drugiej stronie mamy stosunkowo nową technologię BLE. W większości środowisk daje dobre, choć nie idealne wyniki. Tagi BLE są niedrogie, a bateria długo wytrzymuje. Wyniki pomiarów są dobre, ale dokładność jest niższa niż w UWB. Wreszcie ultra-wideband to jedno z najnowszych rozwiązań. Działa z dokładnością do 10 cm, podczas gdy inne wąskopasmowe systemy radiowe osiągają dokładność rzędu kilku metrów. 

Przykłady zastosowań

Świetnym przykładem wykorzystania UWB jest rozwój inteligentnych fabryk. Producenci zrozumieli, że rewolucja przemysłowa jest nieunikniona i konieczna, żeby iść naprzód. Według raportu Capgemini Smart Factories: How manufacturers realize the digital industrial revolution's potential fabryki mogą usprawnić swoją pracę tylko dzięki nowym rozwiązaniom. Jak widać, prognozy na kolejne lata pokazują, że transformacja przyspiesza. 

Spark Control

Jedną z największych zalet ultra-wideband jest dokładność. Jeśli szukasz narzędzia, które raczej się nie pomyli – proszę bardzo! Jednym z projektów wykorzystujących UWB jest Spark Control. System pozwala kontrolować, planować i monitorować w czasie rzeczywistym pracę na określonym obszarze – w tym przypadku w szklarniach i ogrodnictwie. Jego atutem jest autonomiczne zasilanie słoneczne i bezprzewodowa łączność dalekiego zasięgu, więc nie potrzeba dodatkowej infrastruktury.

System służy do zarządzania pracownikami, planowania i monitorowania w czasie rzeczywistym pracy na określonym obszarze. Rozbudowany panel pozwala tworzyć długoterminowe plany z priorytetami, złożone z pojedynczych zadań przypisanych do konkretnych pracowników. System czujników umożliwia monitorowanie postępów i lokalizacji pracowników w wyznaczonych obiektach w czasie rzeczywistym. 

Dzięki temu systemowi można sprawdzić zadania poszczególnych pracowników, dzienne odczyty z czujników albo wygenerować raport wydajności dla każdego obiektu, pracownika, planu i okresu. 

PRoPART

Projekt, który może pomóc na europejskich drogach, powstał dwa lata temu. Zakładał stworzenie aplikacji wykorzystującej europejski system nawigacji satelitarnej Galileo. Jego głównym celem było opracowanie i zademonstrowanie wysoko dostępnego rozwiązania pozycjonowania dla pojazdów autonomicznych. PRoPART korzysta z czujników opartych na technologii ultra-wideband. Wydaje się to najlepszą opcją tam, gdzie zasięg GNSS jest słaby, np. w tunelach czy w miejskich kanionach ulic.

KG Bursped

Rozwiązania RTLS bardzo przydają się też w transporcie. Firma spedycyjna KG Bursped wykorzystuje technologię UWB w swoich magazynach. RTLS jest u niej zintegrowany z monitoringiem wideo. Współpracując ze 160 kamerami, system monitoruje prawie 20 wózków widłowych i 140 bram wjazdowych, a skanery kodów kreskowych mają etykiety RTLS. System pozwala lokalizować tagi i skanery. Znając pozycję skanera w chwili odczytu kodu, można odnaleźć daną przesyłkę, co usprawnia pracę monitoringu wideo. 

Źródło: http://rtls.pl/

Przyszłość ultra-wideband

Ultra-wideband wydaje się dziś najdokładniejszą dostępną technologią. Wciąż nie jest najpopularniejszym rozwiązaniem, ale to się zmienia. Jeszcze niedawno Wi-Fi albo Bluetooth były najlepszą opcją łączności bezprzewodowej, bo obsługuje je każdy smartfon. Co ciekawe, UWB znajdziesz w smartfonach z iOS wydanych na początku 2020 roku. Mówi się, że system Android tylko czeka na tę zmianę i wkrótce ją wprowadzi. To najlepszy moment, żeby poważnie zainteresować się ultra-wideband. A zalet UWB jest więcej. 

Zalety: 

• niezawodność pomiaru, bardzo wysoka precyzja – dokładność do 10 cm, niskie zużycie energii, szybka instalacja

Wady:

• prędkość transmisji spada wraz z odległością, tagi bywają drogie, brak obsługi w dzisiejszych urządzeniach mobilnych

Co dalej? Obserwujemy rozwój ultra-wideband. Jest jednak dość oczywiste, że za rogiem czeka już kolejna nowa technologia. UWB pomaga w systemach monitoringu, w śledzeniu przepływu ładunków i klientów czy w lokalizowaniu produktów. Dziś wszyscy mówią o 5G, ale jak długo przyjdzie czekać na jego następcę? Możemy tylko przewidywać, jak szybko zaczniemy mówić o nowych rozwiązaniach.