Com a crescente demanda por RTLS mais precisos, os desenvolvedores se vêem envolvidos na complexidade de métodos de alta precisão, como a localização bidirecional ou a diferença de tempo de chegada (TDOA).
Um módulo integrado e um software da Decawave fornecem aos desenvolvedores uma solução RTLS mais simples, capaz de fornecer resultados de localização mais precisos com esforço mínimo.
Este artigo analisa aplicativos e algoritmos RTLS, incluindo bidirecionais e TDOA, e discute compensações de implementação associadas a diferentes métodos RTLS. O artigo então introduz um transceptor Decawave UWB, enfatizando os requisitos específicos para projetar com ele. O artigo conclui com uma discussão sobre a arquitetura do software Decawave e o acompanhamento do desenvolvimento de firmware, ilustrando técnicas específicas para o desenvolvimento de aplicativos de usuário na plataforma Decawave.
O papel dos sistemas RTLS
Os RTLSs de precisão surgiram como um método eficaz para determinar a localização ou rastreamento de pessoas ou ativos móveis em complexos de escritórios, armazéns, fábricas e linhas de montagem. Nessa abordagem, um objeto móvel (tag) troca informações com dispositivos de posição fixa (âncoras) usando formatos padrão e tecnologias UWB especificadas em IEEE 802.15.4-2011 para redes de área pessoal sem fio de baixa taxa (LR-WPANs). Ao determinar a distância entre a tag e várias âncoras, os aplicativos podem determinar a posição relativa da tag em relação às âncoras conhecidas e, assim, a posição absoluta da tag.
Métodos RTLS
As aplicações RTLS usam uma variedade de técnicas para determinar a distância. Na abordagem mais simples, o aplicativo ou tag pode usar o parâmetro do indicador de intensidade do sinal recebido (RSSI) disponível com a maioria dos transceptores para avaliar a localização do tag em relação às âncoras de transmissão. Devido aos muitos fatores que podem afetar o orçamento do link, essa abordagem pode, na melhor das hipóteses, fornecer apenas uma estimativa ampla da posição. Por outro lado, muitos aplicativos emergentes baseados em RTLS exigem determinação de localização absoluta em poucos centímetros.
O RTLS de alta precisão usa métodos de tempo de voo que são amplamente imunes a mudanças significativas na variação da intensidade do sinal de RF. Nesta abordagem, a localização de um tag pode ser determinada medindo-se o tempo necessário para um sinal de RF passar do tag para várias âncoras. Usando o atraso conhecido de propagação de sinais de RF através do ar, os aplicativos RTLS podem traduzir o tempo de voo para a distância.
Por exemplo, se o tempo de voo entre uma tag e cada uma das três âncoras for exatamente o mesmo. Essa situação só pode ocorrer razoavelmente se a tag estiver equidistante dessas âncoras. Como o aplicativo conhece a localização exata de cada âncora, ele pode determinar a localização absoluta da tag.
Para medir o tempo de propagação do transmissor de tags, no entanto, o receptor da âncora precisa usar a mesma base de tempo da tag para avaliar corretamente as informações de tempo incorporadas na mensagem da tag. Se a base de tempo de uma âncora estiver atrasada ou levar a base de tempo de uma marca, a distância calculada será, respectivamente, menor ou maior que a distância real.
Um método RTLS adota uma abordagem direta para resolver esse problema sincronizando o tempo entre o transmissor de tag e os receptores de âncora, garantindo que cada âncora receba a mensagem com a mesma base de tempo que a tag. A implementação da sincronização de tempo pode ser um desafio, na melhor das hipóteses, e simplesmente impraticável em aplicativos RTLS nos quais as tags sem fio estão se movendo.
Outro método, o TDOA, sincroniza apenas as âncoras, eliminando a dificuldade associada à sincronização de tags móveis. Para determinar a localização, o aplicativo RTLS usa as diferenças entre os tempos de chegada de um sinal de tag medido em várias âncoras. Por exemplo, considere o exemplo anterior de três âncoras (A1, A2 e A3) dispostas equidistantemente sobre uma marca. Após a tag se mover, se TDOA para cada âncora for 0, 1 nanossegundo (ns), 0, respectivamente, significa que a tag se moveu em uma linha direta da âncora A2 por cerca de 30 centímetros (supondo RF propagação à velocidade da luz). O requisito do TDOA para sincronização de âncoras é um problema significativamente mais fácil do que tentar sincronizar âncoras e tags. Mesmo assim, a precisão dessa abordagem depende de uma sincronização muito precisa. Mesmo uma diferença de nanossegundos na sincronização pode se traduzir em centímetros de diferença na medição da localização.
De mão dupla
Os métodos RTLS de duas vias eliminam totalmente a necessidade de sincronização de tempo precisa, mas introduzem um requisito de capacidade de transmissão na tag. Essa abordagem evita a incerteza de diferentes bases de tempo, permitindo que a tag e as âncoras troquem informações de tempo umas com as outras. Em vez de sincronizar suas bases de tempo, a tag e as âncoras usam um protocolo curto de mensagens bidirecionais que permite a determinação precisa do tempo de voo e da precisão