За гранью точности: как UWB меняет развертывание и масштабируемость системы позиционирования в помещениях

Ультраширокополосная (UWB) система определения местоположения в реальном времени (RTLS) превратилась в основную технологию высокоточного определения местоположения внутри помещений в секторах производства, логистики и интеллектуального строительства. По мере расширения масштабов развертывания и появления гибридных инфраструктур системные интеграторы все больше нуждаются в ускорении развертывания, снижении стоимости установки, повышении энергоэффективности и решениях, позволяющих легко интегрировать отслеживание активов с позиционированием на базе смартфонов.

В интервью Technotrend Market Research Карлос Патернен Солер, технический директор Mobile Knowledge, рассказывает о том, как UWB удовлетворяет этим требованиям, и делится своими соображениями о реальных внедрениях и технологических сдвигах, меняющих современные системы RTLS.

По вашему опыту, какие основные запросы или требования поступают от системных интеграторов и разработчиков промышленных систем позиционирования внутри помещений (IPS) /RTLS? Есть ли конкретные функции, инструменты или услуги поддержки, которые они постоянно запрашивают при внедрении UWB-решений?

Карлос Патернен Солер: От реализации нашего эталонного комплекта до реального развертывания есть две основные темы, которые постоянно требуют от заказчика не повторяющихся инженерных усилий (NRE) и поддержки во многих случаях.

1. Расширение системы: от базовой реализации одной ячейки, где все может работать легко и без проблем, до расширения системы для поддержки нескольких ячеек. Это предполагает наличие логики в системе RTLS для оптимальной обработки данных, поступающих из различных ячеек, а также отбрасывание недействительных данных.

2. Оптимизация энергопотребления UWB-меток для увеличения срока службы батареи. Сочетание стратегий оптимизации энергопотребления с использованием датчиков движения и снижения мощности для продления срока службы батареи метки. Кроме того, важной темой является возможность объединения данных датчиков движения с данными UWB для дополнения информации о местоположении в тех областях, где сигнал UWB не является оптимальным.

Развертывание Uplink Time Difference of Arrival (TDoA-UL) обычно требует значительных затрат труда и времени, что приводит к соответствующим первоначальным инвестициям. Как ваш комплект помогает ускорить развертывание UWB-якорей? И есть ли новые подходы или методы, которые, по вашему опыту, могут еще больше ускорить или частично автоматизировать настройку и калибровку якорей?

Soler: С помощью нашего решения MK NoLo мы можем автоматически обнаружить и точно определить местоположение всех UWB-анкеров, развернутых в системе RTLS. На основе полученной и обработанной информации системные интеграторы могут принимать оптимальные решения в отношении ролей и ячеек для системы RTLS и оптимизировать таким образом развертывание систем RTLS на основе TDoA-UL. MK NoLo полностью автоматизирует процесс настройки и калибровки якоря.

С вашей точки зрения, каковы основные проблемы интеграции закрытой промышленной системы IPS/RTLS с общедоступными приложениями IPS (отслеживающими как смартфоны, так и активы), особенно с точки зрения масштабируемости и точности?

Солер: Как правило, закрытые промышленные IPS основаны на проприетарной унаследованной технологии UWB. Для создания гибридных IPS, поддерживающих отслеживание активов и смартфонов, необходимо внедрить технологию на базе консорциума FiRa, чтобы обеспечить возможность отслеживания смартфонов.

Кроме того, поставщикам RTLS необходимо изучить возможность предоставления мобильных комплектов для разработки программного обеспечения (SDK), чтобы обеспечить возможность определения местоположения на устройствах, а не только на своей системе/бэкенде.

В системах двусторонней двухсторонней связи (DS-TWR) + угол прибытия (AoA) до какой степени можно уменьшить плотность якорей без ущерба для точности, как в текущем стандарте 802.15.4z, так и в готовящемся 802.15.4ab? Кроме того, каковы основные преимущества и проблемы разработки интегрированных микросхем якорей, таких как NXP SR250, которые сочетают в себе функции UWB-дальномера и радара?

Солер: Снижение плотности якорей связано с тем, что с помощью одного якоря вы можете полностью определить местоположение устройства с трехмерным пространственным аналогом (например, мобильного телефона), вместо четырех устройств, которые необходимы для традиционной TDoA на основе UWB. С другой стороны, линия прямой видимости (LoS) гарантирует качественные данные AoA, что в промышленных условиях затруднительно и может привести к увеличению плотности якорей.

Наилучшим вариантом является сочетание обеих технологий в зависимости от доступного пространства и окружающей среды. SR250 лучше всего подходит для приложений, связанных с обнаружением присутствия/движения, повышая энергоэффективность приложений, связанных с UWB. Подходящими приложениями являются контроль доступа, отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха (HVAC)/автоматизация освещения в интеллектуальных зданиях/промышленности, автоматизация бытовых приборов/развлечений.

Каковы основные возможности и проблемы, которые ожидают UWB в системе позиционирования внутри помещений?

Солер: Основная возможность - это позиционирование с помощью мобильных телефонов с неотслеживаемой навигацией внутри помещений (DL-TDoA), что открывает совершенно новый мир позиционирования внутри помещений. Задача состоит в том, чтобы поставщики ОС (iOS/Android) позволили сторонним компаниям внедрить позиционирование на основе UWB, что позволит создать совершенно новый подход к позиционированию внутри помещений. Поставщикам RTLS также придется адаптировать и расширить свои решения для поддержки позиционирования с помощью смартфонов. Они могут сомневаться, что потеряют контроль над локализацией с помощью своей системы, но это, безусловно, скорее возможность, чем проблема.

Вывод

Технология UWB развивается в направлении систем, которые не только обладают высокой точностью, но и легче развертываются, масштабируются и интегрируются с мобильными устройствами. Одним из наиболее значимых событий, отмеченных Mobile Knowledge, является появление автоматизированных инструментов для установки и калибровки якорей, которые значительно снижают трудозатраты на развертывание и, в свою очередь, первоначальные инвестиции, традиционно требуемые для UWB-систем определения местоположения в реальном времени. Снижая трудозатраты и сложность системы, эти достижения делают установки UWB более финансово доступными и привлекательными для более широкого круга интеграторов и конечных пользователей.

В то же время отрасль движется в сторону большей открытости и гибридной совместимости. Ярким примером этого является текущая работа компании Omlox, которая наладила сотрудничество с консорциумом FiRa, начатое в 2023 году. Сотрудничество направлено на создание гибридных архитектур RTLS, в которых могут сосуществовать и взаимодействовать различные технологии позиционирования, в том числе UWB, BLE, GNSS, RFID и UWB на базе смартфонов, благодаря зональному обнаружению и стандартизированным интерфейсам. Такое взаимодействие Omlox и FiRa прокладывает путь к созданию единых, не зависящих от технологии экосистем IPS/RTLS.

Об авторе

Джорджио Занелла - аналитик по исследованиям рынка, специализирующийся на беспроводных технологиях позиционирования, включая сверхширокополосные (UWB), GNSS и Bluetooth Channel Sounding.

Чтобы предложить темы или принять участие в будущих интервью по UWB, Bluetooth Channel Sounding или SparkLink, свяжитесь с Technotrend Market Research: https://www.technotrend.tech/contacts.

О компании MobileKnowledge

MobileKnowledge - это глобальная инженерная консультация, специализирующаяся на NFC, UWB, безопасном IoT и автомобильных системах.

Ознакомиться со всей линейкой наборов для разработки MobileKnowledge RTLS/IPS можно на сайте: https://www.themobileknowledge.com/products.

Компания MobileKnowledge предлагает широкий спектр наборов для разработки, в том числе и на базе UWB.