Ultra-Breitband vs. Bluetooth Low Energy

Aktuelle Real-Time Location Systems (RTLS) werden ständig verbessert. Manchmal können Betriebsleiter mit all den Optionen überfordert sein. Eine dieser Optionen ist die Ultra-Wideband (UWB)-Sensortechnologie. Aufgrund der Popularität der neuesten Apple- und Samsung-Handys ist der Begriff den meisten Menschen bekannt. Sie sind sich jedoch nicht unbedingt sicher, wie UWB im Vergleich zu Bluetooth Low Energy (BLE) abschneidet und abhebt. Obwohl Unternehmen BLE seit vielen Jahren zur Verfolgung von Assets verwenden, ist UWB heute eine aufstrebende Technologie, um Geräte mit beispielloser Genauigkeit über kurze Distanzen zu verbinden. Laut MarketsandMarkets wird „Ultra-Wideband bis 2025 einen Wert von 2,7 Milliarden haben, mit einer CAGR von 19,6 %“. Die Frage, die sich viele Leute stellen, lautet also:„Wird UWB BLE ersetzen“? Um diese Frage zu beantworten, müssen wir zunächst verstehen, was Ultra-Wideband und BLE sind und wie sie funktionieren.

Was ist UWB?

UWB ist ein kontinuierlich scannendes Radar, das über einen weiten Bereich von Funkfrequenzen mit geringer Leistung arbeitet. Dieses drahtlose System mit kurzer Reichweite verwendet eine Bandbreite von mindestens 500 MHz. Genauer gesagt hat UWB eine Reihe von Funkfrequenzen von 3,1 bis 10,6 GHz freigeschaltet. Einige mögen sich fragen:„Diese Reichweite ist großartig, aber wird sie nicht andere Technologien stören, die in dieser Reichweite arbeiten?“ Die Antwort ist nein. Der Schlüssel zu dieser „keine Störung“ liegt in der geringen Energiemenge, mit der UWB arbeitet. Wie im Diagramm unten zu sehen ist, beträgt die meiste Leistung von UWB -41,3 dBm/MHz. Aufgrund der geringen Leistung funktionieren UWB-Geräte am besten, wenn sie nahe beieinander sind und die Sichtlinie frei von Hindernissen ist.

Obwohl UWB die relative Position und Bewegung von Assets innerhalb von 10-30 Zentimetern vorhersagen kann, ist seine wichtigste Funktion die Kommunikation und Übertragung von Daten von einem Gerät zum anderen. Aufgrund der enormen Bandbreite hat UWB gezeigt, dass es 110 Mbit/s überträgt. Das reicht aus, um drei Videostreams gleichzeitig über eine Verbindung zu teilen.

Wie funktioniert UWB?

UWB arbeitet durch kontinuierliches Scannen eines Radars, das durch eine breite Palette von Funkwellen geringer Leistung funktioniert. Tatsächlich gibt es zwei Möglichkeiten, wie UWB Assets positionieren kann:Time Difference of Arrival (TDoA) und Two Way Ranging (TWR). Bei TDoA senden Tags in regelmäßigen Abständen Funksignale an mehrere verschiedene ankersynchronisierte Sensoren. Nachdem Tags Daten an Anker innerhalb des Kommunikationsbereichs übertragen haben, senden diese Anker die Daten an einen zentralen RTLS-Server und berechnen dann die Zeitunterschiede der Ankunft. Der Server nimmt die Zeitstempel von mindestens vier Ankern und berechnet die Position des Tags. TWR funktioniert anders. TWR verlässt sich darauf, zwischen einem einzelnen Tag und einem Anker zu variieren. Dieses Verfahren ist kompliziert, da TWR neun Nachrichten benötigt, um hin und her zu reisen, um einen Standort zu berechnen. Die meisten Unternehmen, die UWB wählen, um ihre Vermögenswerte zu verfolgen, verwenden die TDoA-Technologie, da der geringere Energieverbrauch die Batterien auf den Tags länger hält.

Was ist BLE?

Um Bluetooth Low Energy zu verstehen, muss man zuerst die Bluetooth-Technologie verstehen. In einem Satz ist Bluetooth eine Frequenzsprung-Funktechnologie, die Daten in Paketen überträgt. Informationen werden im 2,4-GHz-Band übertragen. Obwohl BLE seiner Muttertechnologie ähnlich ist, haben sie sehr unterschiedliche Anwendungen. Bluetooth ist für Dinge wie Dateiübertragungen oder drahtlose Headsets, Tastaturen und Lautsprecher bekannt. BLE wird eher für industrielle Überwachung, Blutdrucküberwachung, geografiebasierte gezielte Werbung oder Apps für den öffentlichen Verkehr verwendet. Der Unterschied zwischen Bluetooth und BLE ist der Stromverbrauch. Im Gegensatz zu klassischem Bluetooth bleibt BLE im Ruhemodus, bis das System eine Verbindung initiiert. Die tatsächlichen Verbindungszeiten betragen nur wenige mS, während Bluetooth ~100 mS benötigt. Mit Bluetooth Low Energy kann eine einzelne Batterie bis zu fünf Jahre halten. Bluetooth-Geräte haben eine maximale Kommunikationsreichweite von 30. (vorausgesetzt, keine Hindernisse blockieren den Weg). Mit einer Antenne könnte BLE jedoch auf bis zu 77 Meter erweitert werden.

Wie funktioniert BLE?

Bluetooth überträgt Daten im 2,4-GHz-Band. Wenn Sie jedoch etwas über das 2,4-GHz-Band wissen, wissen Sie, dass viele andere Technologien wie WLAN und ZigBee dasselbe 2,4-GHz-Band verwenden. Wie vermeiden Bluetooth-Geräte Störungen? Die Antwort ist Frequenzsprung im Nahbereich. Bluetooth arbeitet innerhalb von 80 verschiedenen Kanälen (von 0 bis 79 nummeriert, jeweils 1 MHz breit) und wechselt die Kanäle bis zu 1600 Mal pro Sekunde. Bluetooth-Geräte erkennen andere Signale und verhandeln einen Kommunikationspfad.

Beim traditionellen BLE-Asset-Tracking bestimmen BLE-Beacons die Nähe, nicht den Standort. Wenn sich ein aktives Tag in Reichweite befindet, kann ein Beacon in der Nähe die Signalstärke und die Nähe zum Beacon berechnen. Die einzige Möglichkeit, die Genauigkeit zu erhöhen, besteht darin, die Dichte der Beacons in einem Bereich zu erhöhen. Je mehr Dateneingaben für den Standortalgorithmus vorhanden sind, desto höher ist die Genauigkeit. Dies ermöglicht eine „Just-Right Precision“ bei der Bestimmung, wie viele Beacons in einer Infrastrukturumgebung verwendet werden sollen.

Neue patentierte Technologie von Link Labs fügt den Standard-BLE-Tags Phasenbereich hinzu. AirFinder OnSite verwendet BLE-Tags mit neuer Firmware, um eine Phasenbereichsbestimmung für die Bestimmung der Genauigkeit bis auf Submeterebene hinzuzufügen. Dies kombiniert jetzt die niedrigen Kosten von BLE mit einer Genauigkeit, die näher am UWB-Niveau liegt.

Vorteile vs. Nachteile

UWB-Vorteile

BLE-Vorteile

Auf 10 cm genau

Geringer Energieverbrauch - einige Tags können bis zu 5 Jahre halten

Hohe Übertragungsraten

Wartungsarm - Batterien müssen nicht oft ausgetauscht werden

Niedrige Bereitstellungskosten

UWB-Nachteile

BLE-Nachteile

Intensive Installation

Nicht ganz so genau - bis auf Submeter statt Zentimeter

Hoher Energieverbrauch

Hohe Wartung

Hohe Bereitstellungskosten

Welche Technologie ist die beste?

Beide Technologien haben ihre Vor- und Nachteile. Die Entscheidung, ob UWB oder Bluetooth verwendet werden soll, hängt von dem Anwendungsfall ab, den Sie lösen möchten. Um zu besprechen, welche Technologie für Ihr Unternehmen am besten geeignet ist, wenden Sie sich bitte an einen unserer Link-Labs-Experten…