Membandingkan Protokol Komunikasi di RTLS:Sudut Kedatangan vs. Jangkauan Fase

Saat industri Internet of Things (IoT) terus berkembang pesat, banyak perusahaan mulai mengembangkan Sistem Lokasi Real Time (RTLS) untuk kasus penggunaan komersial. Ada beberapa protokol yang dapat digunakan di RTLS untuk menentukan lokasi aset yang diberi tag. Beberapa teknologi baru yang digunakan adalah Phase Ranging dan Angle of Arrival (AoA). Dalam artikel ini, kita akan mengeksplorasi kedua teknologi, serta manfaat dan kekurangannya masing-masing, sebagai bagian dari RTLS.

Apa itu Teknologi Phase Ranging?

Phase Ranging menentukan lokasi tag aset dengan mengukur pergeseran fase bolak-balik dari sinyal yang dikirim dari tag ke beacon, pada beberapa frekuensi yang berbeda. Informasi fase ini kemudian digunakan untuk menyimpulkan jarak pulang pergi. Karena radio BLE berdaya rendah dapat mengukur fase dengan presisi tinggi, teknik ini memungkinkan jangkauan teknologi dengan biaya yang jauh lebih rendah daripada sistem berbasis waktu (seperti UWB).

Setelah tag mengukur setidaknya empat beacon (idealnya>6), tag dapat melakukan trilaterasi lokasinya. Semua ini terjadi dalam beberapa ratus milidetik.

Apa itu Teknologi Angle of Arrival (AoA)?

Sama halnya dengan Phase Ranging, AoA menggunakan pengukuran fase untuk lokasi—namun, di situlah kesamaan berakhir. Daripada mengukur rentang dari tag ke beacon, AoA memperkirakan garis bantalan dari tag ke locator (perangkat yang menerima sinyal tag). Locator melakukan ini dengan memanfaatkan susunan antena dan beralih antar elemen selama penerimaan sinyal. Dengan membandingkan pergeseran fasa antara elemen-elemen ini, sudut sinyal yang masuk dapat dihitung. Ketika sinyal dari tag diterima oleh beberapa pencari, lokasi tag dapat disimpulkan dengan memperkirakan di mana 'sinar' dari setiap pencari lokasi berpotongan.

Menjelajahi Perbedaan

Setelah Anda memiliki pemahaman umum tentang Phase Ranging dan AoA, mari kita jelajahi fungsi utama, manfaat, dan kelemahan protokol komunikasi RTLS ini.

1. Resolusi

   Dalam sistem AoA, resolusi tergantung pada jarak dari locator. Ini dapat divisualisasikan sebagai jari-jari pada roda; semakin jauh Anda menjauh dari hub, semakin besar jarak antara jari-jari. Demikian pula, semakin jauh tag AoA dari locator, semakin kasar resolusi lokasinya. Ini menempatkan kendala pada penempatan locator, mis. mereka tidak dapat dipasang di langit-langit yang terlalu tinggi. Sebaliknya, resolusi sistem Phase Ranging murni merupakan fungsi dari bandwidth sinyal dan tidak tergantung pada jangkauan, jadi beacon hanya perlu ditempatkan untuk mencapai cakupan yang memadai dan untuk memberikan geometri jangkauan yang baik untuk tag.

2. Biaya

   Untuk mengukur sudut, locator AoA membutuhkan susunan antena multi-elemen yang relatif besar dan disesuaikan. Karena kompleksitas perangkat keras ini, AoA cenderung lebih mahal daripada sistem Phase Ranging. Beacon Phase Ranging dapat menggunakan antena omni dasar (chip atau terintegrasi). Kesederhanaan komparatif komponen Phase Ranging mengurangi biaya overhead bagi pengguna.

3. Pemasangan

   Algoritma yang biasa digunakan untuk menghitung AoA disebut MUSIC (Multiple SIgnal Classification). Secara komputasi, ini adalah prosedur intensif—tidak layak untuk mengimplementasikan MUSIC pada tag atau pencari aset. Ini mengharuskan setiap pencari lokasi untuk melakukan backhaul sampel untuk diproses ke 'prosesor tepi' atau cloud. Mengingat jumlah data, cara yang lebih disukai untuk melakukan ini adalah melalui koneksi ethernet kabel, yang meningkatkan biaya locator dan kompleksitas instalasi. Tag Phase Ranging, di sisi lain, menghitung lokasi mereka sendiri. Mereka tidak membutuhkan infrastruktur backhaul yang luas. Melalui penggunaan tautan Low Power Wide Area Network (LPWAN) untuk backhaul berarti tidak diperlukan kabel.

4. Multijalur

   Siapa pun yang berurusan dengan pelacakan aset dalam ruangan tahu bahwa benda logam dapat memantulkan sinyal. Sebagian besar pekerjaan yang dilakukan di Link Labs dengan sistem Phase Ranging adalah untuk meminimalkan dampak refleksi. Dalam hal ini, AoA tidak benar-benar sebanding. Sejak mulai mengukur waktu kedatangan sinyal, secara alami membedakan multipath. Dalam sistem berbasis sudut, multipath lebih sulit untuk diidentifikasi. Meskipun algoritme MUSIC dapat membantu membedakan multipath, ia memiliki kelemahan yang signifikan:algoritme mengasumsikan bahwa sinyal yang diterima tidak berkorelasi (dengan kata lain, sinyal tidak berasal dari sumber yang sama). Namun, refleksi multipath sangat berkorelasi karena mereka adalah versi tertunda dari sinyal yang sama. Hal ini memerlukan penggunaan informasi tambahan, seperti kekuatan sinyal, untuk menghitung jarak kasar ke tag, tetapi pengukuran rentang berbasis kekuatan sinyal terkenal tidak akurat, terutama pada jarak yang lebih jauh dari pencari lokasi.

5. Akurasi

Akurasi bisa dibilang metrik terpenting dari RTLS, namun juga paling bernuansa. Sebagai contoh, berikut adalah Fungsi Distribusi Kumulatif (CDF) akurasi lokasi dari gudang menggunakan sistem OnSite XLE Phase Ranging dari Link Lab.

Sumbu Y mewakili persentil--mis. 0,5 =50%--dan sumbu X mewakili parameter – dalam hal ini, akurasi sistem dalam meter

Untuk memberikan harapan yang realistis, kami menentukan akurasi persentil ke-90 (artinya akurasi yang dicapai 90% dari waktu; ini adalah statistik yang ditentukan dalam legenda plot bersama dengan jumlah beacon yang digunakan dalam perbaikan)—dalam contoh ini, sekitar 1,2 meter. Namun, jika kami menggunakan persentil ke-50 sebagai spesifikasi kami, kami dapat mengatakan bahwa akurasinya 40cm. Saat membandingkan spesifikasi akurasi sistem, sangat penting bahwa metodologi yang mendasarinya sama, jika tidak, itu bukan perbandingan yang adil. Lagi pula, melihat plot di atas, perhatikan bahwa beberapa persentase waktu milimeter akurasi tercapai. Vendor sistem yang kurang teliti dapat memilih untuk menggunakan angka persentil yang lebih rendah agar sistem mereka tampak lebih akurat daripada yang sebenarnya—jadi selalu tanyakan dalam kondisi apa akurasi diukur, dan tolok ukur statistik apa yang digunakan.

Perubahan Fase melalui AirFinder OnSite XLE

Memahami perbedaan antara Phase Ranging dan AoA sangat penting ketika membuat keputusan tentang solusi pelacakan aset mana yang akan diterapkan. Yang mengatakan, Phase Ranging umumnya dianggap sebagai teknologi keseluruhan yang lebih baik. Di Link Labs, AirFinder Onsite Xtreme Low Energy (XLE) kami menggunakan teknologi Phase Ranging untuk memberikan akurasi kepada pengguna tanpa mengorbankan masa pakai baterai dan biaya. Untuk informasi lebih lanjut tentang XLE, pesan demo hari ini.