Un modulo e un software integrati di Decawave offrono agli sviluppatori una soluzione RTLS più semplice in grado di fornire risultati di localizzazione più precisi con il minimo sforzo.
In questo articolo vengono esaminate le applicazioni e gli algoritmi RTLS, inclusi l'intervallo a due vie e TDOA e vengono discussi i compromessi di implementazione associati a diversi metodi RTLS. L'articolo introduce quindi un ricetrasmettitore UWB Decawave, sottolineando i requisiti specifici per la progettazione con esso. L'articolo si conclude con una discussione sull'architettura del software Decawave e sullo sviluppo del firmware allegato, illustrando tecniche specifiche per lo sviluppo di applicazioni utente sulla piattaforma Decawave.
Il ruolo dei sistemi RTLS
Le RTL di precisione sono emerse come un metodo efficace per determinare l'ubicazione o il monitoraggio di persone o beni mobili in complessi di uffici, magazzini, impianti di produzione e linee di assemblaggio. In questo approccio, un oggetto mobile (tag) scambia informazioni con dispositivi a posizione fissa (ancoraggi) utilizzando formati standard e tecnologie UWB specificate in IEEE 802.15.4-2011 per reti wireless personali (LR-WPAN). Determinando la distanza tra il tag e diversi ancoraggi, le applicazioni possono determinare la posizione relativa del tag rispetto a quelle note ancore - e quindi la posizione assoluta del tag.
Metodi RTLS
Le applicazioni RTLS utilizzano una varietà di tecniche per determinare la distanza. Nell'approccio più semplice, l'applicazione o il tag possono utilizzare il parametro indicatore di potenza del segnale ricevuto (RSSI) disponibile con la maggior parte dei ricetrasmettitori per valutare la posizione del tag rispetto agli ancore di trasmissione. A causa dei numerosi fattori che possono influire sul budget di collegamento, questo approccio può al massimo fornire solo una stima ampia della posizione. Al contrario, molte applicazioni emergenti basate su RTLS richiedono la determinazione della posizione assoluta entro pochi centimetri.
RTLS ad alta precisione utilizza metodi di tempo di volo che sono in gran parte immuni da cambiamenti significativi nella variazione della potenza del segnale RF. In questo approccio, la posizione di un tag può essere determinata misurando il tempo necessario affinché un segnale RF passi dall'etichetta a diversi ancoraggi. Usando il noto ritardo di propagazione dei segnali RF attraverso l'aria, le applicazioni RTLS possono tradurre il tempo di volo in distanza.
Ad esempio, se il tempo di volo tra un tag e ciascuna delle tre ancore è identico. Questa situazione si può ragionevolmente verificare solo se il tag è equidistante da tali ancore. Poiché l'applicazione conosce la posizione esatta di ciascun ancoraggio, può determinare la posizione assoluta del tag.
Per misurare il tempo di propagazione dal trasmettitore di tag, tuttavia, il ricevitore di ancoraggio deve utilizzare la stessa base di tempo del tag per valutare correttamente le informazioni temporali incorporate nel messaggio del tag. Se la base temporale di un ancoraggio è in ritardo o porta alla base dei tempi di un tag, la distanza calcolata sarà rispettivamente più breve o più lunga della distanza effettiva.
Un metodo RTLS richiede un approccio diretto per risolvere questo problema sincronizzando il trasmettitore di tag e i ricevitori di ancoraggio, assicurando che ciascun ancoraggio riceverà il messaggio con la stessa base di tempo del tag. La sincronizzazione dell'ora di implementazione può essere impegnativa nella migliore delle ipotesi e semplicemente impraticabile nelle applicazioni RTLS in cui i tag wireless si spostano.
Un altro metodo, TDOA, sincronizza solo gli ancoraggi, eliminando il difficile associato alla sincronizzazione dei tag mobili. Per determinare la posizione, l'applicazione RTLS utilizza le differenze tra i tempi di arrivo di un segnale tag misurato su più ancore. Ad esempio, si consideri il precedente esempio di tre ancore (A1, A2 e A3) disposte equidistante su un tag. Dopo che il tag si è spostato, se TDOA per ogni ancora è risultato essere 0, 1 nanosecondo (ns), 0, rispettivamente, significa che il tag si è spostato in una linea diretta dall'ancora A2 per circa 30 centimetri (cm) (assumendo RF propagazione alla velocità della luce). Il requisito di TDOA per la sincronizzazione dell'ancoraggio è un problema significativamente più semplice rispetto al tentativo di sincronizzare ancore e tag. Anche così, la precisione di questo approccio dipende dalla sincronizzazione molto precisa. Anche una differenza di nanosecondo nella sincronizzazione può tradurre in centimetri la differenza nella misurazione della posizione.
A due vie
I metodi RTLS a due vie eliminano completamente la necessità di una sincronizzazione temporale precisa, ma introducono un requisito per la capacità di trasmissione nel tag. Questo approccio evita l'incertezza delle diverse basi temporali consentendo al tag e alle ancore di scambiare informazioni temporali l'una con l'altra. Invece di sincronizzare le loro basi temporali, il tag e le ancore usano un breve protocollo di messaggistica bidirezionale che consente una determinazione precisa del tempo di volo e di precisione