Wi-Fi

Wi-Fi-Standortverfolgung & Ortung

Erfahren Sie mehr über Wi-Fi und wie diese allgegenwärtige Radiofrequenztechnologie zur Standortbestimmung genutzt und einfach aktiviert werden kann, um verschiedenste ortungs- und standortbasierte IoT-Anwendungen in Innenräumen zu betreiben.

Was ist Wi-Fi-Positionierung?

Wie Inpixon die Wi-Fi-Technologie nutzt, um den Standort von Wi-Fi-fähigen Geräten in einem Gebäude zu ermitteln.

Wi-Fi ist eine Radiofrequenztechnologie für die drahtlose Kommunikation, die zur Erkennung und Verfolgung des Standorts von Personen, Geräten und Objekten genutzt werden kann und die sich über bereits vorhandene Wi-Fi-Zugangspunkte (APs) und Hotspots leicht für die Ortung in Innenräumen aktiviert lässt. Das Wi-Fi-Ökosystem ist ungemein wichtig und weit verbreitet und ist in allen Bereichen unseres täglichen Lebens allgegenwärtig. Wi-Fi ist überall vorhanden, insbesondere in unseren Innenräumen, und wird von fast allen drahtlosen Geräten und Netzwerkinfrastrukturen genutzt - einschließlich Smartphones, Computern, IoT-Geräten, Routern, APs und mehr. Genau wie andere Kommunikationsprotokolle, z. B. BLE und UWB, kann Wi-Fi zur Übertragung von Daten zwischen Geräten über Radiowellen verwendet werden.

Wifi symbol icon

Die erste Version des 802.11 Wi-Fi-Protokolls wurde 1997 veröffentlicht. Seitdem hat es sich zu einer der wichtigsten Kommunikationstechnologien der Welt entwickelt und dient als Rückgrat für die globale Kommunikation. Wenige Jahre nach der Markteinführung von Wi-Fi setzte es sich als eine der ersten und beliebtesten Technologien für die Ortung in Innenräumen durch. Mit der zunehmenden Beliebtheit von Wi-Fi als Ortungstechnologie für Innenräume begannen Unternehmen wie Apple, Google und Microsoft, Wi-Fi mit GPS zu kombinieren, um Ortungsdienste in Innenbereichen anzubieten, die GPS nicht erreichen konnte, indem sie die bereits vorhandenen APs in Gebäuden nutzten.

Auch heute noch ist Wi-Fi eine effektive Option für die Ortung in Innenräumen, auch wenn sie in der Regel weniger genau ist als konkurrierende Ortungstechnologien wie BLE und UWB. Die anhaltende Bedeutung von Wi-Fi als eine der wichtigsten Technologien für standortbasierte Anwendungen ist zu einem erheblichen Teil auf die große Anzahl von Wi-Fi-Geräten und die bereits etablierten Wi-Fi-Infrastrukturen in Innenräumen zurückzuführen.

Die jüngste Veröffentlichung der nächsten Wi-Fi-Generation, Wi-Fi 6, wird die Rolle von Wi-Fi als eine der wichtigsten Technologien der Welt weiter stärken. Wi-Fi 6 wird deutlich schneller, zuverlässiger, genauer und sicherer sein als frühere Generationen. Es wurde für die neue IoT-Landschaft konzipiert und wird mehr Wi-Fi-Geräte hervorbringen, die über modernste Funktionen für transformative Anwendungsfälle verfügen, von denen viele Standortabhängig sein werden.

Die weite Verbreitung und Zugänglichkeit von Wi-Fi macht es zu einem sehr wichtigen Standard für Ortungsanwendungen in Innenräumen. Es kann für viele verschiedene standortbasierte Anwendungsfälle genutzt werden und bietet Optionen für einen einfachen Einstieg in die Indoor-Positionierung über bereits bestehende Wi-Fi-Zugangspunkte und -Infrastrukturen.

Wie funktioniert die Wi-Fi-Positionierung?

Wi-Fi-Ortungslösungen für den Innenbereich nutzen bereits vorhandene Wi-Fi-Zugangspunkte oder Wi-Fi-fähige Sensoren, um Signale von Wi-Fi-Geräten wie Smartphones und Tracking-Tags in Innenräumen zu empfangen und zu orten. Die von den Sensoren oder Zugangspunkten gesammelten oder von den Zugangspunkten an Client-Geräte gesendeten Standortdaten werden von verschiedenen Ortungsgeräten verarbeitet und in Informationen umgewandelt, die für verschiedene standortbasierte Anwendungsfälle genutzt werden können. Wi-Fi-basierte Ortungssysteme können verschiedene Methoden zur Bestimmung des Standorts von Geräten verwenden. Die meisten nutzen Techniken, die auf dem Received Signal Strength Indicator/ Empfangssignalstärke-Indikator (RSSI) basieren. Einige Anwendungen können jedoch auch fortschrittlichere Wi-Fi-Ortungsmethoden nutzen.

Wi-Fi-Positionierung mithilfe von Zugangspunkten

Die Wi-Fi-Ortung über Zugangspunkte zur Lokalisierung von Geräten basiert auf der bestehenden Wi-Fi-Infrastruktur, die bereits in Innenräumen installiert ist. Auf diese Weise können Unternehmen ihre bestehende Infrastruktur nutzen, um standortbezogene Anwendungen zu ermöglichen, ohne dass zusätzliche Hardware erforderlich ist. APs in Gebäuden können Signale von Wi-Fi-Geräten in der Umgebung erkennen, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Netzwerks. Diese Standortdaten werden dann an einen Server und ein zentrales IPS gesendet und zur Berechnung der Position eines Geräts verwendet.

Wi-Fi-Ortung mithilfe von Sensoren

Bei der Wi-Fi-Ortung mit Sensoren werden Wi-Fi-fähige Sensoren verwendet, die an festen Positionen in einem Innenraum platziert werden. Diese Sensoren erkennen und orten passiv Transmissionen von Smartphones, Objektverfolgungs-Tags, Beacons, Personalausweisen, Wearables und anderen Wi-Fi-Geräten. Diese vom Sensor gesammelten Standortdaten werden dann an einen Server gesendet und vom zentralen Innenraumpositionierungs-System (IPS) oder dem Echtzeit-Ortungssystem (RTLS) aufgenommen. Das Ortungssystem analysiert die Daten, um den Standort des übertragenden Geräts zu bestimmen. Diese Koordinaten können verwendet werden, um den Standort eines Geräts oder eines Objekts auf einer Innenraumkarte Ihrer Räumlichkeiten sichtbar zu machen oder sie können für andere Zwecke genutzt werden, je nach spezifischer standortbezogener Anwendung.

Wi-Fi-Positionierungstechniken

Die am häufigsten verwendeten Wi-Fi-Ortungstechniken bestimmen den Standort anhand eines Messwerts, der als Empfangssignalstärke-Indikator (RSSI) bezeichnet wird, vorrangig für Berechnungen auf Basis von Multilateration oder Fingerprinting. Diese auf der Signalstärke basierenden Ansätze sind einfach zu implementieren und kostengünstig, erreichen allerdings keinen hohen Grad an Genauigkeit, da die Signalstärke durch die Umgebung beeinflusst werden kann. RSSI-Lösungen sind außerdem anfällig für Fehler, die durch sich in der Umgebung bewegende Objekte, insbesondere Personen, verursacht werden. Die Hinzunahme anderer, weniger gebräuchlicher, modernerer Verfahren kann zu genaueren Ergebnissen bei der Wi-Fi-Ortung führen, z. B. Angle of Arrival (AoA) und Time of Flight (ToF).

WiFi RSSI multilateration diagram

RSSI Multilateration

Bei RSSI-basierten Anwendungen erkennen mehrere vorhandene Wi-Fi-Zugangspunkte oder Wi-Fi-fähige Sensoren, die an einem festen Standort montiert sind, Wi-Fi-Sendegeräte und die empfangene Signalstärke des Signals vom Gerät. Diese von den Zugangspunkten oder Sensoren gesammelten Standortdaten werden an das zentrale Innenraumpositionierungs-System (IPS) oder an das Echtzeit-Ortungssystem (RTLS) gesendet. Der Lokalisierungsserver analysiert die Daten und verwendet Multilaterationsalgorithmen, um den Standort der Sendegeräte zu bestimmen. Alternativ kann auch die Signalstärke von nahegelegenen APs in Relation zu einem drahtlosen Gerät verwendet werden, um den Standort des Geräts zu bestimmen.

Die Verwendung einer RSSI-basierten Methode mit Multilateration ist die am einfachsten zu aktivierende und kostengünstigste Option für die Wi-Fi-Positionierung. Sie bietet jedoch keine hohe Positionsgenauigkeit, da sie der Signalabschwächung, -absorption, -reflexion und -interferenz unterliegt.

WiFi RSSI fingerprinting diagram

RSSI Fingerprinting

Fingerprinting ist ebenfalls eine RSSI-basierte Methode. Bei der Wi-Fi-Positionierung mittels Fingerprinting wird eine Datenbank verwendet, in der der Standort und die Signalstärke der umliegenden APs sowie die Koordinaten eines Wi-Fi-Geräts, z. B. eines Smartphones oder eines Tracking-Tags in einer inaktiven Phase, gespeichert werden. Um die Fingerabdruck-Datenbank zu erstellen, ist ein zeitaufwändiger Kalibrierungsprozess erforderlich, der unter Umständen wiederholt durchgeführt werden muss. Während der aktiven Verfolgung eines Geräts werden die RSSI-Werte mit diesen Fingerabdrücken in der Datenbank verglichen, um den Standort des zuvor trainierten Geräts zu schätzen.

Wie die Bestimmung des Standorts über die Signalstärke und die Multilateration liefert auch das Fingerprinting keinen hohen Grad an Positionsgenauigkeit, es sei denn, das System wird kontinuierlich kalibriert, um Umgebungsveränderungen zu berücksichtigen. Es ist eine kostengünstige Methode zur Wi-Fi-Positionierung, erfordert aber eine kontinuierliche Aktualisierung der trainierten RF-Muster in der Datenbank. Fingerprinting-Ansätze werden auch durch Signalabschwächung (größter Einfluss), Absorption, Reflexion und Interferenz beeinträchtigt.

WIFI-TOFImage-R3

Time-of-Flight (ToF)

ToF ist eine hochpräzise Ortungsmethode für Innenräume, die von Präzisionstechnologien wie UWB genutzt wird. Mit dieser fortschrittlichen Technik kann die Entfernung zwischen Wi-Fi-Geräten präzise gemessen werden, indem die Zeit berechnet wird, die die Signale für die Übertragung zwischen den Geräten benötigen.

ToF kann genutzt werden, um den genauen Standort eines Wi-Fi-Geräts mithilfe mehrerer Sensoren oder Zugangspunkte zu ermitteln. Dies erfordert einen dichten Einsatz von APs oder Sensoren, um ein Wi-Fi-Gerät, wie z. B. ein Smartphone oder einen Tracking-Tag, zu erkennen. Um ordnungsgemäß zu funktionieren, müssen die Sensoren oder APs genau mit derselben Hauptuhr synchronisiert sein. Die Signale des Wi-Fi-Geräts werden von den APs oder Sensoren im Kommunikationsbereich empfangen und mit einem Zeitstempel versehen. Alle zeitgestempelten Daten werden dann an das zentrale IPS oder RTLS gesendet. Das Ortungsmodul analysiert die Daten jedes Ankers und die Unterschiede in den Ankunftszeiten bei den einzelnen Ankern und verwendet Multilateration, um die Koordinaten des Tags genau zu berechnen.

ToF ermöglicht zwar eine genauere Wi-Fi-Positionierung, doch ist der Einsatz dieses Ansatzes mit einem höheren Maß an Komplexität verbunden und in Szenarien, in denen keine hohe Genauigkeit erforderlich ist, möglicherweise nicht kosteneffizient. Wi-Fi Round-Trip-Time (Wi-Fi RTT) ist eine neue Methode zur Bestimmung des Standorts von Wi-Fi-Geräten, die ToF verwendet. Wi-Fi RTT ist im Standard IEEE 802.11-2016 spezifiziert und ermöglicht es Geräten, die Entfernung zwischen Geräten anhand der Zeit zu messen, die ein Signal für den Weg zwischen den Geräten benötigt. Diese Berechnung basiert auf dem Weg, den das Signal zurücklegt, und wird anhand der Übertragungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle und der Lichtgeschwindigkeit ermittelt. Dies kann für die Entfernungsmessung zwischen zwei Geräten oder für die Positionierung in Innenräumen unter Verwendung mehrerer APs oder Sensoren mit Multilateration verwendet werden.

WIFI Angle of Arrival positioning diagram

Angle of Arrival (AoA)

AoA ist eine fortschrittliche Ortungsmethode, die im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wie Fingerprinting und RSSI eine höhere Genauigkeit bietet. Dies wird durch die Multiple-Input Multiple-Output (MIMO)-Schnittstellen ermöglicht. Um die Richtung zu bestimmen sendet ein mobiles Objekt, z. B. ein Tag oder ein Beacon mit einer Einzelantenne, ein Signal an einen fest installierten Wi-Fi-Sensor mit einem Multi-Antennen-Array. Die Phasenverschiebung der Mehrfachantennen, die sich aus dem Empfang des Signals ergibt, wird gemessen und berechnet, um den Winkel des mobilen Senders zu bestimmen und so einen Bereich einzugrenzen, in dem das zu lokalisierende Objekt treffsicher geortet werden kann.

Einer der Vorteile des AoA-Ansatzes besteht darin, dass er die Anzahl der erforderlichen Referenzpunkte reduziert. Anstelle von mindestens drei Sensoren, wie sie für jeden Multilaterationsansatz erforderlich sind, benötigt  man nur zwei, um eine eindeutige Positionsbestimmung zu gewährleisten. Zusätzliche Referenzpunkte erhöhen die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der berechneten Positionen. Die Indoor-Positionierung mittels AoA ist zwar genauer als die Signalstärkeverfahren, aber Lösungen, die diese Technik nutzen, kommen gerade erst auf den Markt.

Wie genau ist die Wi-Fi-Positionierung?

Wi-Fi 5 und niedriger ist in der Regel weniger genau als andere RF-Technologien wie z. B. UWB und BLE und erreicht in der Regel eine Ortungsgenauigkeit von unter 10 Metern (unter optimalen Bedingungen, bei optimaler Verteilung). Der aktuelle  Wi-Fi 6-Standard verspricht eine Genauigkeit im Meterbereich, aber da es sich um eine neue Technologie handelt, muss sich dies erst noch in der Praxis bestätigen. Eine für März 2021 erwartete zukünftige Aktualisierung des Standards, 802.11az oder auch Next Generation Positioning (NGP) genannt, verspricht eine verbesserte Ortungsgenauigkeit.

Bei der alleinigen Verwendung von APs ist die Positionsgenauigkeit viel geringer, allerdings können Wi-Fi-fähige Sensoren hinzugefügt werden um die herkömmliche Ortung via APs zu erweitern oder sogar als eigenständige Sensoren für eine genauere Ortung in Innenräumen eingesetzt werden. Die verschiedenen Wi-Fi-Ortungsmethoden können ebenfalls zu unterschiedlichen Genauigkeitsgraden führen. Herkömmliche Ansätze wie die RSSI-Multilateration und Fingerprinting bieten eine Genauigkeit, die weit unter fortschrittlicheren Methoden wie AoA, ToF und Wi-Fi RTT liegt.

Wie groß ist die Reichweite von Wi-Fi?

Die Reichweite der Wi-Fi-Ortung kann sich abhängig von bestimmten Faktoren unterscheiden,  z. B. ob Sie Wi-Fi-APs oder Sensoren verwenden oder von der Beschaffenheit der Räumlichkeiten. Wi-Fi, das mit 2,4 GHz betrieben wird, hat in der Regel eine Reichweite von bis zu 100 Metern (unter optimalen Bedingungen, bei optimaler Verteilung) und kann sogar in Außenbereichen verwendet werden, wenn eine entsprechende Infrastruktur vorhanden ist. Wird das Wi-Fi mit 5 GHz betrieben, ist die Reichweite jedoch aufgrund der höheren Frequenz geringer und liegt bei etwa 50 % der erreichbaren Reichweite 2,4-GHz. Außerdem ist bei 5 GHz mit einer höheren Signalabschwächung zu rechnen, wenn die Signale durch Hindernisse in der Umgebung wie Türen, Wände oder metallbeschichtete Fenster gesendet werden müssen.

Wie unterscheidet sich Wi-Fi von anderen RF-Technologien?

Wi-Fi bietet genau wie andere RF-Standards einzigartige Eigenschaften und Vorteile, die es je nach den individuellen Bedürfnissen, dem Budget, der Einrichtung und dem spezifischen Standortbezogenen Anwendungsfall zu einer geeigneten Option machen können. Die wichtigsten Unterschiede zwischen Wi-Fi und anderen Technologien liegen in der Fähigkeit, die bereits vorhandene Wi-Fi-Infrastruktur zu nutzen, und in der Flexibilität, es in verschiedensten standortbezogenen Anwendungen einzusetzen. Wi-Fi ist überall in Geräten in Innenräumen zu finden, wird von vielen Ortungssystemen genutzt und kann für die Ortung in Innenräumen für eine ganze Reihe von Branchen und Anwendungsfälle erweitert werden.

Wi-Fi versus BLE

BLE und Wi-Fi sind zwei der allgegenwärtigsten RF-Technologien - sie sind überall in unserem täglichen Leben und in Innenräumen präsent. Sie weisen viele ähnliche Merkmale auf, wie z. B. den Betrieb im 2,4-GHz-Frequenzbereich, große Ökosysteme und die etablierte Verwendung für die Ortung in Innenräumen. BLE und Wi-Fi verwenden in erster Linie RSSI, um den Standort von Personen, Geräten und Objekten zu ermitteln. Allerdings erreicht BLE bekanntermaßen einen höheren Grad an Genauigkeit bei der Standortbestimmung. BLE benötigt deutlich weniger Strom, wodurch flexiblere Hardware-Optionen und Anwendungen möglich sind. Viele Unternehmen verfügen jedoch über eine bestehende Wi-Fi-Infrastruktur, die für die Ortung in Innenräumen verwendet werden kann, während die Verwendung von BLE mit großer Wahrscheinlichkeit die Integration neuer Beacons, Sensoren und mehr erfordert. Wi-Fi kann über größere Reichweiten und höhere Datenraten kommunizieren, beides Bereiche, in denen BLE sehr viel eingeschränkter ist.

Wi-Fi versus UWB

Die weite Verbreitung von Wi-Fi in unseren Geräten und Innenräumen hat es zu einer der wichtigsten RF-Technologien für die Ortung im Innenbereich mit einer sehr niedrigen Markteintrittsbarriere gemacht. In anspruchsvollen standortabhängigen Szenarien kann Wi-Fi aufgrund seiner geringen Genauigkeit eingeschränkt sein. UWB eignet sich hervorragend für diese anspruchsvolleren Anwendungen, die ein hohes Maß an Genauigkeit erfordern. Die Genauigkeit von Wi-Fi ist weitaus geringer als die von UWB, da es seinen Standort genau wie Bluetooth in der Regel nicht anhand der Entfernung, sondern anhand der Signalstärke misst. Außerdem ist es wahrscheinlicher, dass es zu Signalstörungen kommt, gegen die UWB eine hohe Immunität aufweist. UWB benötigt auch weniger Strom, was praktischere und erschwinglichere Geräte ermöglicht, wie z. B. Tags zur Verfolgung von Objekten, die mit langlebigen Knopfzellenbatterien betrieben werden können. Die breite Palette an Wi-Fi-fähigen Geräten sowie die Möglichkeit, bestehende Infrastrukturen wie z. B. Zugangspunkte zu nutzen, machen es zu einer sehr wichtigen Technologie für die Ortung in Innenräumen, vor allem, wenn kein hohes Maß an Genauigkeit erforderlich ist.

Wi-Fi
BLE
UWB
Chirp (CSS)

Ortungsgenauigkeit*
Wi-Fi < 10 m
BLE < 5 m
UWB +/- 40 cm
Chirp (CSS) 1-2 m
Reichweite*
Wi-Fi Optimal: 0-50 m Bis zu 500m
BLE Optimal: 0-25 m Bis zu 100 m
UWB Optimal: 0-50 m Bis zu 200m
Chirp (CSS) Optimal: 10-500 m Bis zu 1000 m
Latenzzeit*
Wi-Fi Typischerweise 3-5 s, um den Standort zu ermitteln
BLE Typischerweise 3-5 s, um den Standort zu finden
UWB < 1 ms to get location
Chirp (CSS) < 1 ms to get location
Stromverbrauch
Wi-Fi Moderat
BLE Sehr niedrig, Option für eingebettete Zellenbatterie in ausgewählten Hardware-Optionen
UWB Niedrig, Option für eingebetteten Akku in ausgewählten Hardware-Optionen
Chirp (CSS) Sehr niedrig, Option für eingebettete Zellenbatterie in ausgewählten Hardware-Optionen
Kosten
Wi-Fi $$$ (Niedrig $ mit vorhandenen Wi-Fi-Zugangspunkten)
BLE $$
UWB $$
Chirp (CSS) $
Frequenzen
Wi-Fi 2.4, 5 GHz
BLE 2.4 GHz
UWB 3.1 – 10.6 GHz
Chirp (CSS) ISM-Band 2,4 GHz (2,4-2,4835)
Datenrate
Wi-Fi Bis zu 1 GBit/s
BLE Bis zu 2 Mbit/s
UWB Bis zu 27 Mbit/s
Chirp (CSS) Bis zu 2 Mbit/s

* Unter optimalen Bedingungen, bei optimaler Verteilung

Die wichtigsten Vorteile

Vorhandene Infrastrukturen nutzen

Wi-Fi bietet Unternehmen die Möglichkeit, die Ortung und Lokalisierung in Innenräumen mit der bereits vorhandenen Wi-Fi-Infrastruktur und ohne zusätzliche Hardware zu aktivieren.

Omnipräsenz

Die breite Verfügbarkeit und Präsenz von Wi-Fi-Geräten ermöglichen eine auf BYOD basierende Ortung in Innenräumen.

Leicht skalierbar

Verbessern und skalieren Sie die Ortung in Innenräumen, indem Sie je nach benötigter Abdeckung und Präzision einfach spezielle Wi-Fi-Sensoren hinzufügen.

Anwendungsbeispiele für Wi-Fi

Die Allgegenwärtigkeit von Wi-Fi und die Möglichkeit, es einfach zu aktivieren, machen es zu einer effektiven Option für eine große Anzahl von Anwendungen für die Ortung in Innenräumen. Hier sind einige Anwendungsbeispiele und Applikationen, bei denen Wi-Fi zur Ortung im Innenbereich zum Einsatz kommt.

Was kommt als Nächstes für Wi-Fi?

Wi-Fi 6 wird für die Wi-Fi-Technologie in allen Bereichen Innovationen bringen. Zu den Vorteilen der Wi-Fi 6-Technologie gehören:

  • Schnelles und stabiles WLAN unabhängig von der Anzahl der aktiven Geräte
  • Bis zu viermal höhere Datenraten
  • Optimierung der Datenübertragung im 2,4-GHz-Band
  • Verlängerte Batterielebensdauer für eingebettete Geräte (intelligente Wake-up-Mechanismen)
  • Verbesserte Sicherheit (WPA3)

Einige dieser Vorteile könnten genauere, schnellere und zuverlässigere Wi-Fi-Ortungswerkzeuge ermöglichen. Fortschrittlichere Techniken wie AoA, ToF und Wi-Fi RTT werden sich wahrscheinlich immer mehr durchsetzen und eine leichter zugängliche präzise Wi-Fi-Ortung ermöglichen, mit Lösungen, die kostengünstiger und leichter zu implementierenden sind. Der langjährige Status von Wi-Fi als eine der wichtigsten Technologien für die Ortung in Innenräumen wird voraussichtlich auch weiterhin bestehen bleiben.

Wi-Fi unterstützte Inpixon Hardware

Inpixon ist stolz darauf, Ihnen das Wissen, die Hardware und die Software zur Verfügung zu stellen, die Sie benötigen.

Konfigurieren Sie ein funktionierendes RTLS, um genaue und verwertbare Daten zu gewinnen und Ihre Innenräume produktiver, kosteneffizienter und sicherer zu machen.

Sind Sie bereit für den Anfang?
Erlauben Sie uns, Sie zu unterstützen!