UWB contro Bluetooth: Che offre una migliore precisione di posizionamento interno

Siamo ormai entrati nell’era del posizionamento indoor – sia attraverso sistemi di tracciamento delle risorse, servizi basati sulla posizione o strumenti di navigazione avanzati, il posizionamento indoor sta rivoluzionando il modo in cui interagiamo con gli spazi chiusi. La richiesta di un accurato posizionamento indoor è destinata a intensificarsi – Mercati e Mercati proietta il mercato di posizionamento indoor da raggiungere $31.4 miliardi di 2029! Ma il successo dell’implementazione dipende dalla scelta della tecnologia giusta – l'affidabilità di qualsiasi sistema di posizionamento indoor è buona quanto il suo metodo di tracciamento sottostante. In questo articolo, confrontiamo due principali contendenti nello spazio – Banda ultralarga (UWB) e Bluetooth a basso consumo energetico (DIVENNE) – per aiutarti a determinare quale tecnologia si adatta meglio alle tue esigenze di posizionamento interno.

Tecnologie di posizionamento indoor disponibili oggi

Quando sei in giro, spesso ci affidiamo al GPS per orientarci. Raccoglie segnali dai satelliti in orbita attorno alla Terra e raggiunge circa a 5 – 20 livello di precisione del misuratore. però, Il GPS ha i suoi limiti – una volta che entriamo in un edificio o ci dirigiamo sottoterra, quei segnali satellitari vengono distorti. Di conseguenza, Il GPS diventa molto meno preciso negli ambienti chiusi.

È qui che entrano in gioco i sistemi di posizionamento Bluetooth e Wi-Fi. Queste tecnologie basate sulla potenza del segnale ricevuto possono aiutarci a localizzare oggetti e persone nel raggio di pochi metri, rendendoli adatti alla navigazione indoor di base. Ma la tecnologia sta andando avanti – nuove tecnologie come UWB e Bluetooth 5.1 mirano a fornire una precisione sub-metrica ancora più elevata, fino a pochi centimetri. Ciò sblocca applicazioni interne altamente precise per l'interazione con vari attori nell'ambiente come il controllo degli accessi a mani libere, monitoraggio delle risorse, e altro ancora.

Cos'è l'UWB e come fornisce la posizione

UWB è una tecnologia wireless a corto raggio che funziona attraverso frequenze radio a bassa potenza. Funziona almeno all'interno 500 Larghezza di banda MHz, a partire dal 3.1 per 10.6 GHz. Potresti chiederti se questa gamma interferisce con altre tecnologie. In realtà, NO. Ecco perché: UWB trasmette i dati tramite impulsi di nanosecondi senza un'onda portante, utilizzando livelli di potenza incredibilmente bassi – Appena -41.3 dBm/MHz. In anni recenti, l'emendamento IEEE 802.15.4z ha migliorato i livelli MAC e PHY per scopi di rilevamento e localizzazione.

UWB offre principalmente quattro metodi per posizionare oggetti e persone:

• ToA (Orario di arrivo)
• TDO (Differenza oraria di arrivo)
• TWR (Gamma bidirezionale)
• AoA (Angolo di arrivo)

Vale la pena notare che la maggior parte delle aziende che scelgono UWB per il monitoraggio delle risorse preferiscono TDoA per il suo basso consumo energetico, che prolunga la durata della batteria del tag.

UWB TDoA vs ToA vs TWR vs AoA

La tecnica TDoA è molto simile alla ToA, poiché entrambi si basano sulla misurazione del tempo di propagazione del segnale. però, TDoA ha un vantaggio intelligente: necessita solo della sincronizzazione dell'ora del ricevitore, non un tempismo assoluto. Nel TDoA, i tag trasmettono segnali alle ancore, che trasmettono i dati a un server centrale. Il motore di posizionamento sul server calcola quindi le differenze orarie di arrivo per determinare la posizione del tag, raggiungendo una precisione di 10 per 30 centimetri. Per eseguire questo calcolo, il server necessita di timestamp da un minimo di quattro ancoraggi.

La TWR funziona diversamente, basandosi sulla gamma di tag-ancoraggi individuali, ma è più complesso – richiedendo nove messaggi di viaggio avanti e indietro per un singolo calcolo di posizione. Per quanto riguarda AoA? Bene, è più costoso e meno accurato, e non è la scelta preferita nel posizionamento UWB.

In che modo il Bluetooth abilita la localizzazione

Bluetooth è una tecnologia radio a salto di frequenza che trasmette dati in pacchetti, che opera nel 2.4 Banda GHz. Ci sono due categorie principali: Bluetooth classico (versioni 1.0-3.0) e Bluetooth a basso consumo energetico (DIVENNE, versione 4.0 e più tardi). La differenza fondamentale? Consumo di energia! BLE è specificamente progettato per applicazioni a basso consumo energetico.

Bluetooth RSSI e Bluetooth AoA/AoD

Prima del Bluetooth 5.1, BLE è stato ampiamente utilizzato per il posizionamento interno utilizzando RSSI (Indicatore della potenza del segnale ricevuto) per misurare la perdita di percorso e stimare le distanze tra trasmettitori e ricevitori. però, il tradizionale tracciamento delle risorse BLE riguardava più la prossimità che la posizione precisa – se volessi una maggiore precisione, dovevi schierare più fari nell'area.

Nel 2019, il Bluetooth SIG ha aggiornato il 5.1 specifica di base con capacità di rilevamento della direzione migliorate. Questa specifica consente il tracciamento delle risorse utilizzando l'Angolo di Arrivo (AoA) o angolo di partenza (AoD) utilizzando schiere di antenne per determinare la direzione del segnale, raggiungimento della precisione di posizionamento all'interno 1 metro. AoA richiede più antenne sul ricevitore, mentre AoD necessita di implementazione sul trasmettitore.

Attualmente, la maggior parte delle implementazioni commerciali si basa ancora su RSSI grazie alla sua semplicità e al supporto hardware diffuso. però, Bluetooth AoA sta suscitando molto interesse nel mercato del posizionamento combinando il rapporto costo-efficacia di BLE con la precisione a livello di UWB. MOKO SMART ha già lanciato tag e gateway che supportano questo posizionamento AoA Bluetooth ad alta precisione.

Al momento in cui scrivo, Bluetooth 6.0 è stato rilasciato, con particolare attenzione al suono dei canali Bluetooth. Utilizza la gamma basata sulla fase (PBR) e tempo di andata e ritorno (RTT) per una distanza sicura e precisa tra i dispositivi. Altre applicazioni di sensibilizzazione alla distanza ci aspettano da esplorare!

Confronto tra posizionamento UWB e Bluetooth

Stiamo assistendo ad alcune emozionanti battaglie nelle tecnologie di posizionamento indoor. UWB e Bluetooth stanno entrambi facendo scalpore, ma ognuno di loro porta qualcosa di unico. Ingrandiamo UWB e Bluetooth AoA per confrontarli tra loro.

Precisione e copertura

UWB presenta un chiaro vantaggio in termini di precisione di posizionamento, ottenendo una precisione a livello centimetrico (tipicamente 10-30 centimetro) grazie alle sue caratteristiche di banda ultralarga, che è difficile da eguagliare con altri sistemi a banda stretta. Inoltre, I segnali UWB possono passare attraverso gli ostacoli, come pareti/pavimenti, e macchine, e sono quindi ideali per ambienti industriali complessi.

Teoricamente, UWB può coprire fino a 200 metri. In grande, spazi aperti, avrai bisogno di meno dispositivi per coprire la stessa area. In contrasto, L'AOA Bluetooth ha un raggio di copertura inferiore ed è influenzato in modo significativo dall'altezza di installazione.

Vuoi vedere queste soluzioni in azione? Abbiamo implementato sia i sistemi di posizionamento Bluetooth AOA che UWB presso lo stabilimento MOKO – contattaci per un video dimostrativo!

Resistenza alle interferenze

Alla stessa velocità di trasmissione dati, UWB supera il Bluetooth in termini di resistenza alle interferenze. Il 2.4 La banda di frequenza GHz utilizzata dal Bluetooth sta diventando piuttosto affollata, con interferenze da vari dispositivi e reti. UWB, però, sfrutta la banda di frequenza più alta e le caratteristiche uniche del segnale per mantenere prestazioni solide anche in ambienti wireless complessi.

Consumo di energia

Rispetto al consumo energetico medio minimo, BLE in genere vince, consumando meno energia di UWB. Ma ecco la parte interessante – nelle applicazioni del mondo reale, la differenza potrebbe non essere così drammatica a causa della modalità operativa dei tag! In modalità cloud computing BLE AOA o UWB, i tag trascorrono la maggior parte del tempo in modalità sospensione, si sveglia solo per trasmettere segnali mentre la rete gestisce i calcoli di posizionamento. La loro vita può durare fino a 1-2 anni. Se si utilizza una modalità di elaborazione lato dispositivo, dove i tag devono rimanere attivi più a lungo, la loro durata di vita può ridursi drasticamente a poche settimane o giorni.

Sfide di distribuzione

Praticamente, di solito è più semplice implementare UWB TDoA. I suoi algoritmi basati sul tempo sono relativamente semplici, mentre i sistemi AOA Bluetooth necessitano di più punti di calibrazione – volta, angolo, e le posizioni di ancoraggio devono essere tutte giuste.

inoltre, UWB mantiene un'elevata precisione in vari ambienti, comprese strutture edilizie complesse. Ma per Bluetooth AOA? È un po’ più sensibile ai cambiamenti ambientali. A volte richiede una calibrazione aggiuntiva, oppure potrebbero richiedere stazioni base aggiuntive per mantenere prestazioni ottimali in alcuni spazi difficili.

Costo e scalabilità

Veniamo ora ai costi, Le stazioni base Bluetooth AOA e UWB TDOA si trovano in una fascia di prezzo simile, ma c’è una differenza significativa nei costi dei tag. I tag Bluetooth AOA sono più economici rispetto alle loro controparti UWB – una differenza che si somma davvero nelle implementazioni su larga scala. I tag convenienti di Bluetooth AOA potrebbero farti risparmiare denaro notevole se prevedi di monitorare numerose risorse.

Tabella comparativa di UWB vs BLE RSSI vs BLE AoA

UWB o BLE: la scelta del posizionamento indoor

Scegliere la giusta soluzione di posizionamento interno non è una decisione valida per tutti. Dobbiamo prendere in considerazione diversi fattori: l'ambiente, architettura del sistema, infrastrutture esistenti, bilancio, ed ovviamente, la precisione del posizionamento. Se hai bisogno di alta precisione, UWB e BLE AoA sono la strada da percorrere. Se la precisione non è la tua massima priorità, Il posizionamento RSSI Bluetooth potrebbe essere la soluzione migliore: è pratico ed economico.

Per un posizionamento di alta precisione, la scelta tra Bluetooth AOA e UWB dipende davvero dal tuo caso d'uso specifico. Se stai monitorando un numero limitato di asset di alto valore con estrema precisione? UWB TDoA è probabilmente la soluzione migliore. Se stai cercando di tenere traccia di numerose risorse con “piuttosto buono” precisione? I costi inferiori dei tag Bluetooth AOA e la discreta precisione potrebbero essere la strada da percorrere. Non dimenticare la compatibilità del sistema – Il posizionamento Bluetooth è supportato più ampiamente su vari dispositivi. però, L'integrazione UWB in genere richiede hardware e software più specializzati.

Qui a MOKO SMART, il nostro obiettivo è procurarti i dispositivi IoT adatti alle tue esigenze. La nostra gamma di prodotti comprende vari Beacon Bluetooth, sensori, Tag BLE AoA, insieme ai nostri tag UWB. Non ci limitiamo a lanciarti la tecnologia: ti aiuteremo a capire esattamente quali dispositivi hanno senso per la tua situazione specifica.