Geolokalisierung in der Industrie 4.0: Welche Technologie wählen?

Für die Indoor-Geolokalisierung gibt es zahlreiche Technologien, und die Wahl ist nicht immer einfach!

Zozio gibt Ihnen einen Überblick über die gängigsten Technologien: Bluetooth Low Energy, WiFi, ZigBee und Ultra Wideband.

Welche Geolokalisierungsverfahren gibt es?

Alle vier nutzen in der Regel dasselbe technische Prinzip: die **Triangulation** oder die **Trilateration**.

Dabei wird eine mehr oder weniger große Fläche mithilfe von Antennen in einem Raster abgedeckt.

Die Antennen kommunizieren mit **Geolokalisierungs-Badges**. Durch den Vergleich von Winkeln, Signalstärke oder Kommunikationslaufzeit zwischen Badges und Antennen lässt sich die Position jedes einzelnen Badges bestimmen.

Das ist vergleichbar mit der GPS-Technologie (Global Positioning System) für die Geolokalisierung im Außenbereich.

Dennoch hat jede Technologie ihre Besonderheiten. Sie unterscheiden sich zum Beispiel in ihren Protokollen und Kommunikationsfrequenzen, ihrer Reichweite, ihrer Genauigkeit und ihren Kosten. Entdecken Sie am Ende des Artikels unsere Vergleichstabelle der vier Technologien!

Sie ist sehr bekannt für die Kommunikation zwischen mehreren Computergeräten über Distanz. WiFi ermöglicht eine hohe Datenrate, ist aber **nicht auf einen geringen Energieverbrauch optimiert**.

WiFi eignet sich ideal, um eine große Datenmenge sehr schnell über mittlere Reichweite zu übertragen (theoretisch von 0 bis zu 300 m).

• Das Protokoll unterliegt den Normen der Gruppe **IEEE 802.11**. Es nutzt die Frequenzbänder 2,4 GHz oder 5 GHz.

• Die Ortungsgenauigkeit liegt in einer einfachen Umgebung im Bereich von einem Meter. Das Signal wird durch metallische Umgebungen leicht gestört.

• Die Ortungsqualität verschlechtert sich daher je nach Umgebung sehr schnell. Es ist deshalb schwierig, WiFi für die präzise Geolokalisierung von Flüssen in industriellen Umgebungen einzusetzen.

Der Vorteil für Industrieunternehmen liegt in der Nutzung der vorhandenen WiFi-Antennen.

Die Antennen sind im Unternehmen in der Regel bereits vorhanden und erfordern daher keine Neuinstallation. Es genügt, die Methoden des WiFi-Sniffings anzuwenden.

Ultra Wideband für eine präzise Ortung

Ultra Wideband gewinnt seit einigen Jahren an Bedeutung. Aufgrund dieser Technologie verbraucht die Datenübertragung wenig Energie und bietet eine hohe Datenrate. Ihre größte Stärke ist jedoch ihre Genauigkeit (je nach Umgebung zwischen 10 und 30 Zentimetern).

Das heißt, sie ist dreimal genauer als jede andere Technologie. Auch die Reichweite ist interessant, da sich ein Badge auf einer Fläche von mehreren hundert m² geolokalisieren lässt!

Bei Zozio setzen wir diese Technologie für unsere Indoor-Geolokalisierungs-Badges ein. Derzeit bietet keine andere Technologie eine so hohe Genauigkeit bei so geringem Energieverbrauch!

Bluetooth Low Energy (BLE)

Dieses Protokoll basiert auf dem klassischen Bluetooth. Es wurde 2006 von Nokia entwickelt, um den Energieverbrauch der Bluetooth-Kommunikation zwischen zwei Geräten zu senken. BLE bietet eine gleichwertige Datenrate, verbraucht aber 10-mal weniger. Dank des **geringeren Verbrauchs** haben Unternehmen Badges (Beacons) entwickelt, mit denen sich jedes beliebige Objekt über mehrere Jahre orten lässt. Im Gegenzug zum niedrigen Energieverbrauch sinkt die Reichweite theoretisch von 100 m auf 50 m.

In der Realität ist für eine zuverlässige Ortung mit einer Reichweite von 10 bis 30 m zu rechnen.

Das Protokoll nutzt die Frequenzbänder um 2,4 GHz.

Dieses Frequenzband ist für **komplexe Umgebungen** nicht ideal. Die gesendeten Signale werden durch Objekte in ihrer Umgebung gestört. Die Laufzeiten verlängern sich, und manche Signale kommen nicht an. Die Kommunikation ist daher nicht optimal.

Diese Technologie eignet sich besonders für schwach belegte Räume.

ZigBee, eine innovative Lösung?

Diese Technologie wurde entwickelt, um dem wachsenden Bedarf des Internets der Dinge (IoT) gerecht zu werden. Das Protokoll auf hoher Ebene ermöglicht es, Daten sehr einfach und mit geringem Verbrauch zwischen Tausenden von Knoten zu übertragen. Das von ZigBee genutzte Protokoll 802.15.4 definiert **drei nutzbare Frequenzbänder**: 868 MHz in Europa, 915 MHz in Amerika und Australien sowie 2,4 GHz weltweit.

Die Sub-GHz-Frequenzbänder sind besonders interessant, um Störungen durch die Umgebung zu begrenzen.

Die Reichweite wird in einer schwach belegten Umgebung auf 100 m geschätzt. Die Ortungsgenauigkeit liegt im Bereich von einem Meter und wird von der Umgebung weniger beeinträchtigt als bei den Protokollen WiFi oder BLE. In einer industriellen Umgebung erscheint ZigBee daher besser geeignet.

Vergleich der Lösungen WiFi, BLE, UWB und ZigBee

Die vier Technologien haben nicht dieselben Eigenschaften. Sie unterscheiden sich in Reichweite, Energieverbrauch, Genauigkeit, Datenrate und Kosten. Die folgende Tabelle fasst alle Eigenschaften der Protokolle WiFi, BLE, UWB und ZigBee zusammen.

Je nach Einsatz ist eine unterschiedliche Ortungsgenauigkeit erforderlich. Ultra Wideband ist das präziseste Protokoll, verursacht aber höhere Kosten als beispielsweise die BLE-Technologie. Keine Lösung ist ideal! Für jedes Projekt ist eine andere Lösung in Betracht zu ziehen.