Автор: Valery Gassiev

Позиционирование в помещениях — это технология, которая позволяет определить местоположение человека внутри здания или помещения с помощью различных сенсоров и систем. Эта технология может быть использована в различных областях, таких как магазины, аэропорты, госпитали, офисы и т.д. В этой статье мы рассмотрим, что такое позиционирование в помещениях и какие технологии помогают позволяют достигнуть в этом не плохих результатов.

Что такое позиционирование в помещениях? 

Позиционирование в помещениях — это технология, которая использует различные сенсоры, такие как WiFi, Bluetooth, GPS, RFID и другие, для определения местоположения человека внутри помещения. Система сенсоров обычно расположена в различных местах в помещении, и они работают вместе, чтобы определить точное местоположение человека.

Позиционирование в помещениях может использоваться для различных целей, таких как:

• Управление и контроль доступа в зданиях
• Улучшение опыта покупателя в магазинах
• Оптимизация маршрутов внутри зданий
• Управление запасами и мониторинг инвентаря в магазинах и складах
• Управление персоналом в больницах, офисах и других организациях
• Технологии позиционирования в помещениях

Существует несколько технологий, которые используются для позиционирования в помещениях 

Некоторые из них перечислены ниже:

1. WiFi позиционирование

WiFi позиционирование использует сигналы WiFi для определения местоположения человека внутри помещения. Система сенсоров обычно расположена в различных местах в помещении, и они работают вместе, чтобы определить точное местоположение человека.

2. Bluetooth позиционирование

Bluetooth позиционирование использует сигналы Bluetooth для определения местоположения человека внутри помещения. Технология может использоваться для определения местоположения устройств или смартфонов, что может быть полезно для созданияперсонализированного опыта для покупателей в магазинах.

3. RFID позиционирование

Кроме WiFi, Bluetooth и RFID позиционирования, существуют и другие технологии, которые используются для позиционирования в помещениях. Рассмотрим некоторые из них:

4. Инфракрасное позиционирование

Инфракрасное позиционирование использует инфракрасные лучи для определения местоположения человека в помещении. Система сенсоров обычно устанавливается на потолке или стенах и работает с помощью камеры, которая отслеживает движение человека.

5. Ультразвуковое позиционирование

Ультразвуковое позиционирование использует ультразвуковые волны для определения местоположения человека внутри помещения. Система сенсоров обычно устанавливается на потолке или стенах и работает с помощью специальных датчиков, которые отправляют и принимают ультразвуковые сигналы.

6. LiDAR позиционирование

LiDAR позиционирование использует лазерные лучи для определения местоположения человека внутри помещения. Система сенсоров обычно устанавливается на потолке или стенах и работает с помощью лазерных датчиков, которые отслеживают расстояние до объектов и могут создавать 3D-карты помещений.

7. Видео позиционирование

Видео позиционирование использует камеры для определения местоположения человека внутри помещения. Система сенсоров обычно устанавливается на потолке или стенах и работает с помощью камер, которые отслеживают движение человека и могут создавать 2D- или 3D-карты помещений.

Каждая из этих технологий имеет свои преимущества и недостатки, и выбор технологии зависит от конкретных требований и задач, которые необходимо решить. Однако, независимо от выбранной технологии, позиционирование в помещениях может значительно улучшить опыт пользователей и помочь организациям управлять своими ресурсами более эффективно.

А еще и Ultra-Wideband используется для позиционирования в помещениях. 

8. UWB позиционирование

Ultra-Wideband — это технология радиосвязи, которая использует очень широкий диапазон частот и короткие импульсы для передачи данных на короткие расстояния. UWB позиционирование в помещениях основано на использовании эффекта временной разницы приема сигналов между разными датчиками, которые устанавливаются внутри помещения. Система UWB позиционирования состоит из нескольких точек доступа, которые устанавливаются внутри помещения, и устройств, которые носят пользователи (например, смартфоны или бейджи). Каждая точка доступа генерирует короткий импульс UWB сигнала, который затем распространяется по всему помещению. Устройства, носящие пользователи, принимают сигналы от всех точек доступа и затем используют алгоритмы обработки сигнала, чтобы определить свое местоположение внутри помещения.

Одним из главных преимуществ UWB позиционирования является высокая точность и низкая плотность размещения оборудования. UWB-сигналы могут проходить сквозь легкие стены и другие объекты, что делает эту технологию более надежной в помещениях, где есть препятствия для других технологий позиционирования. Кроме того, UWB позиционирование может работать в режиме реального времени с максимально быстрым откликом, что позволяет использовать его в решениях, где необходимо мгновенно реагировать на изменения местоположения. Среди примеров применения UWB позиционирования в помещениях можно отметить управление инвентаризацией в розничной торговле, управление материальными ресурсами в гостиницах и офисах, мониторинг перемещения людей в аэропортах и других транспортных узлах. В целом, UWB позиционирование представляет собой эффективную технологию для точного и надежного определения местоположения внутри помещений и indoor-трекинга.

Выводы

Позиционирование в помещениях — это технология, которая позволяет определять местоположение объектов или людей внутри зданий и других закрытых пространств. Существует несколько технологий, которые используются для позиционирования в помещениях, таких как Wi-Fi, Bluetooth, RFID, инфракрасные датчики, UWB и другие.

Каждая из этих технологий имеет свои преимущества и недостатки, и выбор конкретной технологии зависит от многих факторов, таких как требуемая точность позиционирования, размер помещения, наличие препятствий и т.д. Также следует учитывать факторы, связанные с безопасностью, конфиденциальностью и совместимостью с существующей инфраструктурой.

Одним из главных преимуществ позиционирования в помещениях является возможность использования этой технологии для создания различных приложений, которые могут повысить эффективность и комфортность жизни людей. Например, такие приложения, как управление инвентаризацией, мониторинг перемещения людей и транспорта, системы безопасности и др., могут быть реализованы с помощью позиционирования в помещениях.

Однако следует отметить, что позиционирование в помещениях также имеет свои ограничения и проблемы, такие как необходимость установки дополнительного оборудования, сложности с определением местоположения в зданиях с множеством препятствий, необходимость поддержания высокой точности и т.д.

Тем не менее, в целом позиционирование в помещениях представляет собой важную технологию, которая может улучшить многие аспекты нашей жизни и бизнеса, и ее использование будет продолжать расширяться в будущем.

Подробнее о применении навигации в помещениях и indoor-позиционировании в разных сферах и индустриях можно узнать в разделе нашего сайта Отрасли. 

Трилатерация в основном строится на мощности сигнала по аналогии с расстоянием до источника. Триангуляция основана на разнице во времени приема сигналов источника и определения угла под которым он приходит.

Отслеживание активов в помещении в данный момент очень актуально. Но говоря об отслеживании объектов в помещении в целом, важно иметь в виду, что оно состоит из разных типов технологий, каждая из которых может вычислять положение одним из двух методов: триангуляцией или трилатерацией. Эти два способа заметно отличаются друг от друга, хотя теоретически оба могут способствовать созданию единого решения для позиционирования внутри помещений.

Что такое трилатерация?

Трилатерация является более распространенным методом расчета положения. Трилатерация использует известное расстояние как минимум от трех фиксированных точек в двумерном пространстве или четырех фиксированных точек в трехмерном пространстве для расчета положения объекта. Трилатерация определяет точку положения находя пересечение ряда кругов (диаграмма Венна).

Что такое триангуляция?

Триангуляция — это метод вычисления положения, основанный на известном расстоянии между двумя измерительными приборами и определенных углах от этих двух точек до объекта. Это работает с использованием теоремы треугольника угол-сторона-угол для нахождения местоположения объекта.

Триангуляция и трилатерация на практике

Для отслеживания активов в помещении трилатерация на данный момент гораздо более распространена. Большинство компаний использующих технологии Bluetooth используют трилатерацию из-за простоты ее реализации. Рассмотрим решение для отслеживания Bluetooth , все что нужно — это три обычных BLE маячка и метка принимающая от них сигнал (мобильное устройство). Когда метка начинает сообщать значения RSSI сигнала, эти значения можно преобразовать в расстояния и использовать для определения местоположения метки. Точностью примерно 3-4 метра, что является недостаточным во многих случиях, но относительно просто, так как используется обычное оборудование и требуется относительно простая математическая модель.

С другой стороны способ триангуляции немного усложнен. Требует знания не только местоположения маяков BLE, но и их пространственного вращения. Математическая модель незначительно сложнее, чем при трилатерация, но сами измерения значительно более чувствительны из-за того, как они определяюбтся. В то время как трилатерация зависит от уровня сигнала как от аналога расстояния, триангуляция зависит от временных различий в приеме сигналов меток. Поскольку эти сигналы распространяются со скоростью близкой у скорости света, разница во времени при передаче очень мала. Это делает измерительные приборы значительно более дорогими.

Сочетание триангуляции и трилатерации

Как бы сложно это ни было, триангуляция, скорее всего, со временем догонит трилатерацию, и в конце концов они будут использоваться совместно дополняя друг друга во многих приложениях для повышения точности навигации внутри помещений. Как уже упоминалось, трилатерация обеспечивает точность в 3-4 метра, а  триангуляция способна достичь точности до 1 метра. Их совокупность обладает высоким потенциалом для навигационных систем с более высокой точностью, особенно когда высокие затраты на решение задачи не являются проблемой и точность в приоритете.

Подробнее о работе решения на основе триангуляции и BLE описано на этой странице – AOA навигация.

На телеканале Россия 1 вышел небольшой сюжет о компании Индорс Навигейшн, в котором коротко рассказали о направлениях работы и системе indoor позиционирования Indoors Navigation Platform.

Больше информации о проектах и деятельности Индорс Навигейшн вы найдете в нашем блоге.

В 2021 году компания Индорс Навигейшн интегрировала в ГИС ситему Indoors Navigation Platform модуль, поддерживающий технологию определения положения объекта в помещении по углу прибытия Bluetooth сигнала — Angle of Arrival (AoA).

AoA решение основано на принципе измерения угловых направлений (азимут и высота) от устройства — локатора, размещенного в известном месте. Под углом прихода подразумевается угол, под которым сигнал встречается с приемником. Угол измеряется путем вычисления фазы принимаемых радиосигналов.

Локаторы Индорс Навигейшн используют запатентованные алгоритмы угловой оценки и расширенную обработку сигналов в своем механизме позиционирования. В результате решение на основе AoA обеспечивает позиционирование с точностью до 1 метра.

Технически решение AoA работает по протоколу Bluetooth 5.1 и пока еще поддерживается не многими мобильными устройствами, поэтому для BTC не сильно востребовано в данное время. Однако для BTB использование этого решения позволяет сэкономить на обслуживании навигационной инфраструктуры BLE датчиков (периодическая замена элементов питания) и увеличить точность. Монтаж и настройка инфраструктуры локаторов сложнее и дороже чем BLE маяков, так как требует подключения кабеля Ethernet (POE) и установки на потолок. 

Комбинированное программное обеспечение для позиционирования

Возможна комбинация обоих методов, поэтому для областей, где нет необходимости в позиционировании с точностью до метра, можно использовать менее дорогое оборудование. В областях, где необходимо такое очень точное позиционирование, используются локаторы.

В большинстве решений для отслеживания активов на уровне близости используется сочетание высокой точности позиционирования и низкой точности присутствия в разных областях.

RSSI против AoA

Оба термина обозначают методы расчета местоположения на основе технологии Bluetooth. В случае позиционирования на основе индикатора мощности принимаемого сигнала (RSSI) Beacon Tracker измеряет мощность сигнала, который постоянно передают метки активов — передатчики, которыми оснащены отслеживаемые активы. Простая для понимания картина – это волны, которые «излучает» брошенный в воду камень и которые ослабевают с увеличением расстояния. Такой тип определения местоположения посредством измерения расстояния на основе уровней сигнала называется латерацией, а используемый здесь эффект уменьшения уровня сигнала называется затуханием.

Расчет положения на основе угла прибытия (AoA) представляет собой сетецентрическую архитектуру, основанную на угловой оценке. В отличие от латерации, устройство Bluetooth может сделать свое местоположение доступным, передавая пакеты с поддержкой пеленгации с использованием одной антенны. Затем радиосигнал принимается многоантенным устройством, известным как локатор. Для двумерной идентификации положения необходимы два угла, вычисленные с помощью локатора. Для трехмерной идентификации положение вычисляется путем триангуляции как минимум по двум локаторам.

Однако для создания необходимой инфраструктуры для приемника требуется больше усилий, чем для инфраструктуры, предназначенной для RSSI. Этот метод в настоящее время не подходит для мобильной навигации внутри помещений.

Примеры использования позиционирования по углу прибытия

Высокоточное отслеживание активов используется в логистике и здравоохранении. Он позволяет быстро и надежно определять местонахождение инструментов, медицинских приборов и производственного оборудования, а также мелких деталей. В то же время AoA-Tracking также позволяет безопасно идентифицировать близко расположенные активы, чтобы можно было надежно и точно отслеживать крупные детали в узких местах.

• Отслеживание с точностью до сантиметра
• Отслеживание активов любого размера, которые находятся близко друг к другу

Отслеживание активов в производственных цехах

Например, производитель авиационных двигателей хочет идентифицировать и отслеживать положение незавершенных двигателей в своем производственном цеху. Хотя двигатели очень большие, их нельзя надежно отследить с помощью метода на основе RSSI, потому что позиционирование слишком неточное, чтобы идентифицировать большие объекты, хранящиеся рядом друг с другом. Позиционирование AoA достаточно точное, чтобы иметь возможность различать объекты даже в ограниченном пространстве и надежно идентифицировать требуемую заготовку.

Отслеживание активов в больницах

В больнице тысячи единиц оборудования должны быть надежно доступны и легко доступны. Особенно в тех случаях, когда большую роль играет нехватка времени, важно не только получить приблизительное местоположение, например определенное место хранения, но и иметь точную информацию о том, где на самом деле находится искомый предмет.

Высокоточное отслеживание людей

Для сотрудников, работающих в одиночку, высокоточное отслеживание является особым фактором безопасности, особенно в критических ситуациях в сложных условиях. Например, когда один рабочий попадает в аварию на нефтехимическом заводе. В экстренных случаях помощь можно отправить непосредственно человеку, а не только в соответствующий отдел.

Вас интересует решение для высокоточного позиционирования с AoA-позиционированием?

Возможности отслеживания с использованием технологии угла прибытия сигнала увеличиваются с каждым годом по мере развития решений и технологического прогресса. Несмотря на то, что отслеживание AoA подходит практически для любой области, успешная реализация проекта всегда зависит от выбора подхода и расположения оборудования — ведь каждый случай индивидуален и должен учитывать специфику помещений. Индорс Навигейшн обладает большим опытом в данной сфере.

Если вы уже планируете конкретный проект внутренней навигации или просто хотите сформулировать свои задачи, мы вас с удовольствием проконсультируем. Вместе мы обязательно найдем лучшее навигационное решение для вашего предприятия!

Более подробную информацию о технологии можно найти на нашем сайте.

Три основные LPWAN для беспроводных датчиков: LoRa, SigFox и NB-IoT.

LoRa («большой радиус действия») — широко распространенный стандарт, использующий схему модуляции с расширенным спектром для передачи данных на очень большие расстояния. LoRa является основой для LoRaWAN, которая соединяет беспроводные датчики через шлюзы или сетевых коммутаторы LoRaWAN. LoRaWAN имеет более высокую пропускную способность, чем Sigfox, и может более эффективно передавать пакеты данных несмотря на помехи.

С LoRaWAN данные передаются с помощью зашифрованных сообщений между шлюзами и сетевыми серверами. Серверы аутентифицируют и расшифровывают данные, которые в конечном итоге отправляются в платформы управления для их визуализации и анализа. Пользователи могут отправлять команды непосредственно на беспроводные датчики через LoRaWAN для настройки устройств и изменения параметров работы. Это востребовано при использовании платформ по управлению эксплуатацией здания или помещения, например в Индорс Навигейшн.

Датчики LoRaWAN делятся на три группы в зависимости от способности датчика отправлять и получать данные с командами управления. Устройства класса А остаются в спящем режиме до тех пор, пока у них не появятся данные, которые требуется передать. Эти датчики могут отправлять сообщения по исходящему каналу связи в любое время, что делает их особенно полезными в беспроводных сетях с сенсорами и приводами (WSAN).

Датчики класса B имеют запланированные окна в работе устройства, чтобы получать данные по приходящим каналам связи от серверов. Устройства класса C поддерживают постоянно открытое окно приема данных управления, пока не передают информацию сами. Следовательно, датчики C обеспечивают связь с малой задержкой, но потребляют больше энергии, чем датчики других классов.

С такими типами датчиков LoRaWAN разработчики сетей должны иметь подходящее аппаратное устройство шлюза для получения данных и последующей их передачи на серверы.

SigFox подключает беспроводные датчики напрямую к базовым станциям, используя сверхузкополосную передачу. Стандарт охватывает более 50 стран и может поддерживать более 100 каналов на поддиапазонах со скоростью 500 бит/с. Однако пакеты данных ограничены 12 байтами и не поддерживается ACK команды. Пользователи SigFox платят не только за само устройство, но и за количество исходящих и исходящих сообщений в день.

NB-IoT использует существующую инфраструктуру вышек сотовой связи, чтобы обеспечить обширное покрытие для устройств с низким энергопотреблением. Стандарт использует защитные полосы частот для узких каналов связи, чтобы избежать помех, и может хорошо проходить сквозь стены в помещения. В 2018 году сотовый оператор из США T-Mobile добавила покрытие NB-IoT через свою сеть 4G.

Что делает беспроводную сенсорную сеть более эффективной?

Есть несколько критических характеристик хорошо спроектированных беспроводных сенсорных сетей.

Во-первых, узлы должны легко обнаруживаться в сети. Обслуживание датчиков, например, замена батарей и обновление по, становится намного проще, когда разработчики знают, где найти все свои устройства.

Во-вторых, сенсорные сети должны выдерживать сбои в узлах без массовых сбоев работы самих датчиков. Топология сети играет большую роль в том, как задачи решаются при подключения. То есть те, кто развертывает беспроводные сети датчиков, должны выбирать топологии, способные функционировать при отказе некоторых компонентов.

В-третьих, сети должны легко масштабироваться. Разработчики должны иметь возможность эффективно развивать свои сети беспроводных датчиков, не вкладывая в расширение значительных средств.

Наконец, при проектировании сети важно учитывать энергопотребление. Используемые беспроводные датчики должны соответствовать требованиям данных платформ IoT. В противном случае сетевые администраторы рискуют потратить много времени и сил на обслуживание и замену.

Как сегодня используются беспроводные датчики?

Уже есть много реальных примеров того, как технологии сетей беспроводных датчиков используется в различных отраслях и применяется в разных программных решениях по управлению зданием и повышению эффективности при его эксплуатации.  Одним из таких примеров является разработанная компаний Индорс Навигейшн платформа INP — Геолокационная платформа для навигации в помещениях на основе цифрового двойника объекта Indoors Navigation Platform, позволяющая строить маршрут, отслеживать перемещения внутри помещений и собирать аналитическую информацию.

Индустрия безопасности объектов использует технологию беспроводных датчиков во многих своих решениях. С помощью беспроводных датчиков и платформы Индорс Нави, компании могут контролировать свои помещения, выявлять подозрительную активность и отслеживать ценные материальные активы. Банки могут внедрить беспроводные тревожные кнопки для сотрудников, а розничные торговые точки установить беспроводные датчики открытия окон в каждой точке продаж. Жители загородных домов могут использовать беспроводные датчики для обнаружения вредных газов в воздухе, например таких как окись углерода.

Что касается управления коммунальными услугами, беспроводные датчики помогают автоматизировать обмен данными между критически важными системами и минимизировать возникающие неполадки. Например, датчики протечки воды могут быть установлены на стенах для обнаружения поломок сантехники или труб, которые могут лопнуть зимой. Беспроводные датчики протечки используются в серверных помещениях и центрах обработки данных для обнаружения наличия воды и влаги рядом с компьютерным оборудованием.

Беспроводные датчики также применяются в борьбе со стихийными бедствиями. В США, штате Техас, на мостах устанавливаются беспроводные датчики, которые могут определять уровень воды выше определенного порога, что указывает на возможное внезапное наводнение в этом районе. Беспроводные вибро датчики используются на промышленных предприятиях с крупным оборудованием для прогнозирования отказов до их фактического возникновения.

В сфере здравоохранения беспроводные датчики помогают медицинским бригадам контролировать состояние пациентов в режиме реального времени. Беспроводные кнопки служат в качестве устройств персонального вызова в учреждениях по уходу за пожилыми людьми. Датчики влажности помогают руководителям больниц поддерживать условия, способствующие скорейшему выздоравливанию пациентов в больнице.

Ритейлеры и розничные магазины используют беспроводные датчики чтобы создать положительный потребительский опыт для посетителей. В туалетах устанавливаются беспроводные датчики для того, чтобы посетители могли сообщать когда необходима уборка. Беспроводные датчики температуры воздуха помогают супермаркетам контролировать холодильники и другие выложенные товары.

Это всего лишь несколько примеров того, как беспроводные сети датчиков повышают эффективность и положительно влияют на жизнь людей. Поскольку пространство IoT продолжает развиваться, ожидайте появления новых инновационных платформ по работе с беспроводными датчиками, которые навсегда изменят  современные отрасли.
Подробнее о платформе компании Индорс Навигейшн.

Предоставив возможность бытовым приборам обмениваться данными по беспроводной сети, мы можем автоматизировать обмен данными и повысить эффективность из работы, которая положительно повлияет на жизнедеятельность компании.

В основе лежит технология беспроводных датчиков, которая позволяет нам собирать информацию об окружающей среде в течение длительных промежутков времени в автоматическом режиме. Беспроводные датчики можно настроить для измерения множества параметров: от температуры воздуха до вибрации здания. На рынке доступно множество различных типов беспроводных датчиков. 

Многие беспроводные сети содержат сотни, а часто и тысячи беспроводных датчиков. Эти устройства уже используются в самых разных сфе5рах применения: розничная торговля, сельское хозяйство, городское управление, безопасность и оптимизация цепочке поставки товаров.

Давайте в этой статье углубимся в то, как работают беспроводные датчики, и разберем почему они так важны в современном мире.

Что делают беспроводные датчики?

Беспроводные датчики собирают данные о окружающих условиях и передают их в контроллеры систем управления или программные платформами для дальнейшей обработки. Датчики обычно распределены по крупным территориям и запрограммированы для связи с шлюзами и серверами.

Одним из основных преимуществ беспроводных датчиков является то, что они требуют минимального обслуживания и небольшого количества энергии для поддержания работоспособности. Датчики могут поддерживать передачу данных в платформу в течение нескольких лет, прежде чем потребуется замена элементов питания.

Когда дело доходит до создания беспроводных сетей, один из самых больших вопросов с которыми сталкиваются разработчики — это как разместить беспроводные датчики в полевых условиях. Сенсоры должны быть распределены таким образом, чтобы поддерживать главную задачу, выполняемую всей сетью.

Как беспроводные датчики объединены в сеть?

Двумя наиболее распространенными схемами объединения в сеть беспроводных датчиков являются топология «звезда» и «сетка».

Топология «сетки» описывает сети, в которых датчики подключаются к как можно большему количеству других близлежащих узлов. В результате данные могут «прыгать» с одного узла на другой без необходимости следовать определенным маршрутам до сервера или через последовательности датчиков. В результате производительности сети не сильно влияете на количество и дальность расположения датчиков, поскольку данные могут идти по нескольким путям к средствам их обработки. Сетчатые структуры сети также легко маcштабируются, поскольку новым датчикам нужно только подключаться к уже существующим узлам.

Топология «звезда» описывает сети, в которых каждый датчик подключается непосредственно к центральному шлюзу или концентратору. Эти концентраторы принимают информацию от датчиков и передают ее на сервер для обработки платформой. Например так устроена работа геоинформационной системы на основе платформы Indoors Navigation Platform. В таких схемах подключения узлы не взаимодействуют напрямую друг с другом.

Как беспроводные датчики взаимодействовали ранее?

Существует несколько доступных беспроводных стандартов, которые могут поддерживать сенсорные сети.

До недавнего времени сотовые технологии были наиболее часто используемым вариантом подключения к глобальной сети (WAN). Однако сотовые технологии затратны и потребляют не мало энергии, что не очень подходит для маломощных устройств дальнего действия, например беспроводных датчиков для систем навигации в помещениях.

Помимо сотовых технологий, применяется и Wi-Fi, Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE) и Zigbee, которые также могут поддерживать беспроводные сети. Эти стандарты также относятся к категории «традиционных беспроводных решений», но имеют уникальные преимущества и недостатки.

Wi-Fi— одна из наиболее широко используемых сегодня беспроводных технологий в помещениях. Wi-Fi использует диапазоны частот 2,4 ГГц и 5 ГГц. Поскольку Wi-Fi сильно распространен, относительно легко использовать существующие сети для подключения беспроводных датчиков.

Однако сигналы Wi-Fi с трудом проникают через стены, что является недостатком для решений с большим радиусом действия. Так же сети Wi-Fi управляются локальными маршрутизаторами, которые не всегда могут иметь прямые пользовательские интерфейсы для обновления сети датчиков.

BLE — это протокол с низким энергопотреблением, отличный от традиционной технологии Bluetooth. BLE использует полосу частот 2,4 ГГц для передачи небольших объемов информации. Беспроводной стандарт дешевле в использовании чем Wi-Fi, однако те же проблемы возникают, когда речь идет об отправке данных через стены или на большие расстояния. Кроме того, BLE чувствителен к помехам сигнала, поскольку многие другие устройства и стандарты используют полосу частот 2,4 ГГц.

Zigbee — это стандарт беспроводной связи, основанный на ячеистой сети для поддержки большого количества узлов в одной сети. Zigbee лучше всего подходит для беспроводных сенсорных сетей, которым не требуется большая пропускная способность.

Одним из недостатков Zigbee является то, что некоторые датчики должны быть всегда включены, чтобы обмениваться систему информацией для обработки. В результате Zigbee потребляет больше энергии, чем современные ведущие стандарты.

Какие стандарты связи регулируют работу беспроводных датчиков?

Хотя традиционные беспроводные стандарты эффективны, уже появился новый класс стандартов, более эффективных для работы беспроводными сетевыми датчиками. Сети с низким энергопотреблением (LPWAN) становятся все более популярной технологией для передачи данных на большие расстояния. LPWAN могут поддерживать миллиарды датчиков и активно использоваться для работы с различными программными платформами по управлению зданием.

LPWAN предлагают несколько преимуществ по сравнению с традиционными стандартами. Во-первых, они потребляют меньше энергии от устройств, поскольку передают информацию со значительно меньшей скоростью передачи данных. Во-вторых, датчики могут работать несколько лет в сетях LPWAN на одном заряде батареи. В-третьих, LPWAN также могут поддерживать работу датчиков на огромных пространствах, поскольку данные могут передаваться на большие расстояния.

Расходы на развертывание беспроводных датчиков в сетях LPWAN ниже, по сравнению с альтернативными решениями. Поскольку скорость передачи данных очень низкая, требования к оборудованию более низкие.

Есть несколько недостатков использования LPWAN. Первый заключается в том, что LPWAN плохо подходят для платформ использующих большие пакеты данных. Беспроводные датчик с передачей больших данных должны использовать сотовые сети или сети Wi-Fi, BLE и Zigbee с высокой пропускной способностью. Второе недостаток в том, что LPWAN используют нелицензированные радиочастоты, которыми сложнее управлять с точки зрения помех.

Подробнее о компании, разработчике платформы для эксплуатации зданий Индорс Навигейшн.

UWB навигация — это технология cверхширокополосного позиционирование (UWB-позиционирование) — одна из самых последних технологий определения положения внутри помещений, которая дает точность до 0,5 метра.

C помощью технологии Ultra-WideBand можно с высокой точностью определять местоположение человека в здании и отобразить его на карте экрана его смартфона, с возможностью ведения по маршруту до нужной точки.

Коллектив Индорс Навигейшн провел тестирование работы UWB оборудования на платформе Indoors Navigation Platform (INP) в небольшом офисе. Результат тестирования вы можете наблюдать в видео ролике, точность позиционирования в пол метра достигается.

Подробнее на нашем сайте.

Навигация в метро становится более удобной с использованием мобильного навигатора для пассажиров, который был испытан в 2022 году на станции Царицыно.

Мобильный навигатор помогает быстро ознакомиться с картой и помогает экономить время нахождения на станции, способствуя повышению уровня комфорта перемещения пассажиров.

Компания Индорс Навигейшн оцифровала весь транспортный узел Царицыно и сделала детальную карту станции метро, МЦД, пригородных поездов, всех переходов и остановок общественного транспорта. В рамках проекта произведен монтаж более сотни навигационных датчиков в ТПУ Царицыно.

Используя разработанное мобильное приложение, пользователь сможет быстро сориентироваться в транспортном узле, понять где он находится и проложить маршрут к нужной ему зоне или объекту. Навигатор будет вести его вести непрерывно на протяжении всего маршрута.

Так же в приложении есть режим для навигации слабовидящих и незрячих пассажиров, который помогает им голосовыми подсказками на маршруте следования. Им предлагаются более безопасные маршруты следования и возможность заказать помощь по клику или голосовой командой в приложении.

Используя API и SDK, функционал может быть быстро встроен в другие iOS и Android приложения даже сторонними разработчиками, а управление обновлением и редактирование маршрутов может осуществляться онлайн в веб-панели управления системой.

Indoors Navigation Platform  —  универсальная система управления потоками посетителей, повышающая комфорт их перемещения.

Подробнее о кейсе внедрения систем позиционирования Indoors Navi по ссылке.

Появление на рынке устройств с технологиями BLE + LoRa дает новые возможности для платформ внутреннего позиционирования и отслеживания активов.

На данный момент еще много не решенных вопросов позиционирования и отслеживания активов  в помещениях, даже несмотря на то, что многие компании работают над созданием надежного, легко масштабируемого и экономически выгодного решения. BLE, WiFi, Ultra Wide Band, RFID — это лишь некоторые технологии, которые использовались ранее для разработки решений внутреннего позиционирования и отслеживания активов. Очевидно, что потенциал рынка огромен, так как подобные решения охватывают такие области, как розничная торговля, медицина, спорт, транспорт и производство. Одним из недостающих элементом навигации внутри помещений была возможность комбинировать BLE и LoRa внутри одного устройства.

Прежде чем сможем углубиться и разобрать что означает сочетание BLE + LoRa для  внутреннего позиционирования и отслеживания активов, разберем сначала все по частям.

Что такое BLE? 

Bluetooth Low Energy (BLE) — это реализация Bluetooth с низким энергопотреблением. BLE и Bluetooth работают в одном и том же диапазоне ISM 2,4 ГГц и имеют одинаковую эффективную дальность примерно 80 метров. Однако BLE не может отправлять большие объемы данных и имеет не стабильный сигнал. Эти ограничения, накладываемые на использующие BLE устройства, позволяют значительно экономить энергопотребление и годами работать от небольшой батареи. BLE идеально подходит для позиционирования внутри помещений и отслеживания активов, когда необходимо со средней точностью и периодически передавать небольшие объемы информации в зоне крупных крытых пространств.

Что такое LoRa?

LoRa переводится как «длинное радио» — это собственный формат модуляции, принадлежащий компании  Semtech. Аппаратные компоненты, используемые чипами SX1272 и SX1276 LoRa, представляют собой метод модуляции, называемый Chirp Spread Spectrum (CSS) для создания физического (PHY) уровня технологического стека LPWAN. В сочетании с протоколом связи LoRaWAN устройства могут обеспечивать связь на больших расстояниях при низком энергопотребление.

Как BLE используется для внутреннего позиционирования и отслеживания активов?

Позиционирование внутри помещений и отслеживание активов начинается с трех компонентов: тегов и шлюзов. Теги, излучающие сигналы, привязываются к интересующим вас объектам, которые вы хотите отслеживать. Шлюзы можно рассматривать как приемники. Они сканируют метки и измеряют силу сигнала передачи от меток. Шлюзы взаимодействуют с метками и передают собранные данные в облако. Затем эти данные обрабатываются с помощью механизма определения местоположения, состоящего из различных алгоритмов и фильтров. После этого шага вы сможете открыть мобильное или веб приложение, чтобы найти свои активы.

Проблемы внутреннего позиционирования и отслеживания активов

Есть несколько проблем, которые существуют в сфере внутреннего позиционирования и отслеживания активов: установку, стоимость и масштабирование.

Одной из проблем установки является определение правильного количества оборудования, необходимого для данного пространства. При обследовании объекта часто бывает трудно полностью просчитать решение для позиционирования внутри помещений и отслеживания активов и определить количество оборудования. Слишком большое количество оборудования приводит к ненужной избыточности и расходам на вашу систему навигации. Недостаточное количество оборудования может привести к мертвым зонам и не качественной работе навигации.

Помимо оборудования, решения для внутреннего позиционирования и отслеживания активов требуют сотрудничества с местной командой сетевых администраторов, задачи которых заключаются в защите сети компании. Каждое устройство, подключенное к сети, может представлять дополнительную уязвимость в системе безопасности. У администраторов не много стимулов для работы с поставщиками решений IoT, так как вся сеть может рухнуть в случае взлома. Если администратор не будет эффективно работать с поставщиком решения IoT, установка системы завершится не лучшим образом. 

Кроме того, по мере расширения пространств, в которых вы хотите использовать систему внутреннего позиционирования и отслеживания активов, возрастает стоимость и сложность решения. Что хорошо работало на небольшой площади в 500 квадратных метров, может совершенно иначе на складе площадью 15000 квадратных метров.

Устройства BLE + LoRa решают текущие проблемы

Появление на рынке макетных плат с устройствами BLE + LoRa означает несколько вещей. Во-первых, это будут устройства, собирающие данные с меток, и эти же устройства также смогут передавать информацию через LoRa на центральный шлюз. Диапазон одного шлюза LoRa может легко заменить все предыдущие точки доступа, необходимые для внутреннего позиционирования и отслеживания активов. Устройства с поддержкой BLE + LoRa уменьшают необходимость внесения изменений в существующую инфраструктуру, что приводит к экономии времени интегратора и денег клиента.

Получается более широкий охват внутреннего позиционирования и отслеживания активов внутри здания за небольшую часть стоимости других решений. Такой шлюз станет альтернативой использованию локальной сети клиента, которая не всегда может быть надежной. Поставщикам решений IoT больше не нужно беспокоиться о настройке сетей с it администратором, а ему не нужно беспокоиться о внедрении новых уязвимостей. Учитывая все эти дополнения, которые приносит устройство BLE + LoRa, окупаемость решения для позиционирования и отслеживания активов в помещении становится очевидной и привлекательной для клиентов.

В итоге

Появление устройства с поддержкой BLE + LoRa давно уже подошло. Устройства с поддержкой BLE + LoRa удаляют лишние элементы системы, которые могут привести к сбою решения для позиционирования внутри помещений и отслеживания активов. Комбинация устройств с возможностями BLE и LoRa позволяет геолокационным платформам создавать приложения с новым функционалом на больших зонах покрытия.

Устройства с поддержкой BLE + LoRa значительно повысят эффективность комплексных решений  для позиционирования внутри помещений и отслеживания активов, что сделает их более доступными. Аппаратная инфраструктура и время ее развертывания станет значительно меньше, что упростит установку. С расширяющейся сетью LoRa по всему миру подключение к ней будет только проще.

TLDR: устройства с поддержкой BLE + LoRa будут революционными для систем позиционирования в помещениях и отслеживания материальных активов. Разработчикам навигационных IT решений в дальнейшем не надо интегрироваться в локальную сеть заказчика и сталкиваться с проблемами подключения и  изменениями инфраструктуры. Снижение сложности монтажа позволит интеграторам быстро разворачивать системы позиционирования в помещениях и отслеживания активов внутри зданий по конкурентной цене.

Подробнее о навигации внутри помещений на  сайте.

Как работает RFID

Система RFID — RFID расшифровывается как «радиочастотная идентификация» — состоит из двух компонентов: транспондера (или метки), содержащего данные, которые можно считывать по радиочастоте, и считывателя, который может считывать данные транспондера.

Индуктивная связь

Индуктивная связь существовала с первых дней RFID, когда системы включали громоздкие метки со сложными антенными механизмами, которые использовались для отслеживания крупных объектов (например, автомобилей или крупного рогатого скота). Метка с индуктивной связью извлекает энергию из магнитного поля, создаваемого считывателем, и модулирует его. Считыватель измеряет возмущение по тегу и декодирует его как данные. Магнитные поля, используемые в этих системах, быстро ослабевают, что обеспечивает индуктивную связь в эффективном диапазоне от 1 см до 1 м.

Емкостная связь

Системы емкостной связи были созданы для снижения стоимости и размера RFID, когда большие индуктивные системы были единственным вариантом на рынке. Они используют проводящие участки как на считывателе, так и на метке для формирования конденсатора и передачи данных путем изменения емкости цепи. Эти системы расположены на очень близком расстоянии — 1 см — и ориентация патчей имеет значение, поэтому типичным приложением будет удостоверение личности, которое необходимо вставить в считывающее устройство. По мере сокращения индуктивных цепей сокращался и рынок более ограниченных емкостных систем. Действительно, сегодня большинство систем RFID используют ту или иную версию индуктивной связи. Однако они по-прежнему ограничены быстрым падением силы магнитных полей на расстоянии. Для надежного достижения большей дальности RFID-системы должны использовать высокочастотные сигналы и полагаться на электрическую сторону электромагнитного сигнала.

Емкостная связь

В связи с обратным рассеянием используется считыватель, который посылает УВЧ- или микроволновый сигнал, который попадает на метку, а затем считывает узоры в отраженной энергии. Является ли увеличенный диапазон преимуществом или недостатком, зависит, конечно, от приложений. Сканируете поддоны, когда они проходят через большие складские ворота? Здорово. Отпирание дверей или распространение платежной информации? Наверное, менее желательно.

Типы RFID-меток

Рынок RFID разграничивает системы в зависимости от того, как питаются RFID-метки. Доступность встроенного питания метки влияет на ее размер, цену, дальность считывания и возможность поддержки дополнительных датчиков. 

Пассивные теги

Пассивные метки не имеют внутреннего источника питания. Они работают, перекачивая часть мощности сигнала следователя, чтобы модулировать его ответ. Это позволяет им быть дешевыми, прочными и бесшумными (в радиодиапазоне). Не имея постоянной энергии, они не могут содержать энергозависимую память, то есть их нельзя использовать для записи и хранения данных датчиков. Они имеют меньший радиус действия, чем альтернативы с питанием, и требуют высокой мощности и высокой стоимости считывателей.

Полупассивные теги

Полупассивные имеют встроенную батарею. Как и пассивные метки, они передают данные только при наличии сигнала считывателя. Аккумулятор может питать как датчик, так и антенну. Антенна с питанием позволяет большему количеству сигнала отражаться обратно к считывателю, что обеспечивает больший радиус действия, чем полностью пассивные метки. Они крупнее и дороже, чем пассивные метки, и имеют ограниченный срок службы батареи.

Активные теги

Активные метки имеют локальный источник питания  и передают свой собственный сигнал. Несмотря на свою маркетинговую этикетку, технически это не устройства RFID, поскольку они не зависят от приема и модуляции сигнала считывателя. С точки зрения операций это различие, вероятно, не так уж важно, поэтому мы следим за рынком и включаем их сюда. По сравнению с пассивными и полупассивными метками активные метки имеют значительно больший радиус действия (до 1 км), а также увеличенный объем памяти, размер и стоимость, а также могут работать с более слабыми считывателями.

Отслеживание активов с помощью RFID

Прежде чем оценивать достоинства RFID как технологии отслеживания активов, нам необходимо уточнить, что мы подразумеваем под «отслеживанием». RFID с момента своего создания использовался для отслеживания активов в виде электронных таблиц. Это позволяет легко идентифицировать и регистрировать, какие отслеживаемые предметы находятся поблизости. Если ваша цель состоит в том, чтобы убедиться, что все вагоны поезда, которые прошли через ворота А, также прошли через ворота В, или чтобы сотрудник проник в здание, то RFID — это хорошо проверенное решение.

В таких приложениях RFID напрямую конкурирует со штрих-кодами или QR-кодами. Он предлагает очевидное преимущество в том, что его можно прочитать на расстоянии. Активные или полуактивные RFID-метки могут предоставить ценную информацию о датчиках. С другой стороны, пассивные считыватели очень дороги, а активные метки дороги и имеют ограниченный срок службы.

Более сложным типом отслеживания является знание местоположения отслеживаемого актива (почти) в реальном времени. Хотя это относительно недавнее приложение для RFID, на рынке уже есть немало коммерческих решений.

Принцип работы этих систем разный. Некоторые системы используют RFID исключительно для идентификации объекта, а для измерения дальности используют другую технологию. Те, кто полагается исключительно на RFID, почти исключительно используют активные метки RFID. Есть интересные исследования, в которых используются пассивные RFID-метки, но стоимость пассивных считывателей и малая дальность действия этих систем делают их коммерчески недоступными. 

Системы определения местоположения в реальном времени (RTLS), использующие активные метки RFID, ведут себя аналогично конкурирующим технологиям — Bluetooth, Bluetooth Low-Energy (BLE), WiFi, Ultrasonic и Ultra-Wideband (UWB). Версии RFID в значительной степени основаны на системе LANDMARC, которая определяет местоположение путем сравнения силы принятого сигнала (RSS) сигналов активной метки с RSS эталонных меток с известным местоположением.

Активный RFID имеет гораздо больший радиус действия, чем BLE. Он способен преодолевать километр на открытом воздухе по сравнению с 80 метрами у BLE. Это менее важно в закрытых помещениях с препятствиями ( например  , стенами или полом), но на складах или в амбарах активный диапазон RFID может позволить предприятиям обойтись меньшим количеством считывателей, сократив расходы и уменьшив потенциальные точки отказа.

Проблемы и решение

RFID как решение для отслеживания имеет несколько недостатков. Как и все решения на основе RF / RSSI, он страдает от просачивания. Поскольку РЧ-сигналы могут проникать сквозь стены, становится трудно определить, из какой комнаты идет передача. Широкая полоса пропускания, используемая активными трекерами, особенно трекерами дальнего действия, сильно подвержена помехам. И, по сравнению с BLE, и метки, и считыватели очень дорогие.

RFID находит наибольший успех как часть гибридной системы. Он обеспечивает надежную идентификацию, которая может дополнять системы, которые полагаются на ультразвуковую, инфракрасную или сверхширокополосную информацию о местоположении.

Заключение

В настоящее время технология RFID не способна предоставить автономное решение для позиционирования внутри помещений. Однако, как часть мультитехнологической системы, RFID привносит в позиционирование внутри помещений свою многолетнюю историю надежной идентификацией, например при использовании систем контроля доступа (СКУД).

Подробнее ознакомиться со всеми технологиями поддерживаемыми платформой для позиционирования Indoors Navigation Platform вы можете на нашем сайте.