Beim Errichten eines Echtzeit-Ortungssystems (Real-Time Location System, RTLS) bietet die Ultra-Wideband-Sensortechnologie (UWB) Unternehmen die Möglichkeit, beispiellose Vorteile bei der Ortungsgenauigkeit zu erzielen. Mit der UWB-Technologie können zwei verschiedene Arten von Ortungstechniken verwendet werden: Zeitdifferenz der Ankunft (TDoA) und Zwei-Wege-Entfernungsmessung (TWR). TDoA basiert auf der Messung der Zeitdifferenz zwischen dem Eintreffen von Signalen bei Ankersensoren, während TWR die Laufzeit des UWB-Funksignals bestimmt und dann die Entfernung zwischen den Knotenpunkten berechnet, indem die Zeit mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert wird.
Wie funktioniert Zeitdifferenz der Ankunft?
Damit TDoA effektiv funktioniert, müssen die Ankersensoren genau synchronisiert werden, damit sie mit der gleichen Uhr laufen.
Bei TDoA senden die Tags in regelmäßigen Abständen oder Auffrischungsraten mit kurzen "Blink-Nachrichten". Diese Blinksignale werden von allen Ankern in Kommunikationsreichweite verarbeitet. Unabhängig von ihrem Synchronisationsstatus senden die Anker dann alle Zeitstempel an den RTLS-Server. Um die Position des Tags zu berechnen, berücksichtigt der RTLS-Server nur die Zeitstempel, die von mindestens vier Ankern mit der gleichen Uhrenbasis stammen. Auf diese Weise wird die Synchronisierung drahtlos realisiert, wobei automatisch ausgewählte Anker mit optimaler Abdeckung in einem in regelmäßigen Abständen ausgestrahlten Synchronisierungssignal als 'Primäre Anker' bezeichnet werden.
Wie funktioniert Zwei-Wege-Entfernungsmessung?
TWR hingegen bestimmt die Flugzeit des UWB-Funksignals und berechnet dann die Entfernung zwischen den Knoten, indem die Zeit mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert wird. Wenn sich das komplizierter anhört, dann ist es das auch. Das TWR-Verfahren wird zwischen dem Tag und dem angeforderten Anker angewandt, und in einem bestimmten Zeitfenster kann nur ein Anker aktiv am TWR-Verfahren beteiligt sein.
Um die Entfernung zu messen, müssen drei Nachrichten ausgetauscht werden:
- Das Tag initialisiert TWR, indem es eine "Poll"-Nachricht an die bekannte Adresse des Ankers in der Zeit sendet. Dies wird als Sendezeitpunkt (Time of Sending Poll, TSP) bezeichnet.
- Der Anker registriert dann den Zeitpunkt des Empfangs des Polls (TRP) und antwortet mit der Antwortnachricht zum Zeitpunkt der Sendeantwort (TSR).
- Nach dem Empfang der Antwortnachricht zeichnet der Tag den Zeitpunkt des Empfangs der Antwort (TRR) auf und stellt die endgültige Nachricht zusammen, die seine ID, TSP, TRR und den Zeitpunkt des Beginns der endgültigen Nachricht (TSF) enthält.
Anhand des Empfangszeitpunkts dieser letzten Nachricht kann der Anker dann die Flugzeit des UWB-Signals bestimmen. RTLS, die auf TWR basieren, haben den Vorteil, dass keine Zeitsynchronisation zwischen den UWB-Geräten erforderlich ist.
Was sind die wichtigsten Unterschiede zwischen TDoA und TWR?
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Zeitdifferenz der Ankunft |
Zwei-Wege-Entfernungsmessung |
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Anker-Synchronisation |
Ja |
Nein |
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Energieaufwand |
Niedrig |
Hoch |
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Flexibilität des Hybriden MAC-Protokolls |
Niedrig |
Hoch |
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Verfügbarkeit von Positionsangaben |
Auf Seite der Infrastruktur |
Auf Beiden Seiten |
Die TDoA-Ortung bietet mehrere Vorteile für ein Ortungssystem. Zum Beispiel haben sie in der Regel eine längere Batterielebensdauer, da die Tags mit Blinkmeldungen arbeiten. Da die Tags nicht einzeln mit den Ankern kommunizieren, müssen sie nur eine Blink-Nachricht senden, um geortet zu werden. Dies steht im deutlichen Gegensatz zu TWR, bei dem neun Nachrichten ausgetauscht werden müssen, um den Tag zu orten.
Zudem ist die Anzahl der Anker in einem System viel besser skalierbar, da es keine vorherige Adresse gibt, die Tags und Anker verbindet, wie es bei TWR der Fall ist. Das Hinzufügen weiterer Anker zu einem TDoA-basierten UWB-Ortungssystem erfordert keine Neukonfiguration der Tags.
Schließlich benötigen die Tags nur einen kurzen Teil der Zeit, um einen Blink zu senden, so dass eine große Anzahl von Tags innerhalb einer Aktualisierungsrate Signale senden kann. Infolgedessen ist RTLS auf der Grundlage von TDoA in Bezug auf die Anzahl der Tags, die vom System verarbeitet werden können, viel besser skalierbar, ohne dass es überlastet wird oder Standortdaten verschleiert werden.
Welche Methode ist die beste?
Welches UWB-Ortungssystem Sie verwenden sollten, hängt von dem/den Anwendungsfall(en) ab, die Sie ansprechen möchten. Um zu besprechen, welche Technologie für Ihr Projekt am besten geeignet ist, wenden Sie sich an unser Expertenteam, um noch heute einen Workshop zu vereinbaren.
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