Контроль перемещения сотрудников, людей, груза: RTLS системы Zebra, технология WhereNet

В статье описаны основные технологии и принципы работы систем RTLS. Решения основаны на разработках компании Zebra.

На основе определения местоположения можно решать большое количество задач. Некоторые из них:

• Оптимизация производства: повышение производительности, сокращение потерь продукции и материалов, повышение безопасности, устранение узких мест;
• Отслеживание имущества и постоянная инвентаризация;
• Оптимизация логистики: контроль транспортных средств, товаров;
• Контроль перемещения сотрудников.

Система RTLS может применяться в любой сфере. Сегодня системы используются в производстве, логистике, больницах, университетах, фермах, ремонтных цехах.

Решения RTLS обеспечивают 3 режима определения местоположения:

• Присутствие

Not locate – объект не присутствует в зоне отслеживания. 
Locate – объект присутствует в зоне отслеживания.

• 1-мерное (1D)

Фактическое местоположение отличается от сообщенного местоположения.

• 2-мерное (2D)

Минимум 3 приемника. Фактическое местоположение = сообщенное местоположение.

1. Технология Dart работает на частоте 2,4 Ггц. Подходит для крупных предметов (транспортные средства, станки).
2. Точность: 1-3 м.
3. Дальность передачи: 400 м внутри помещений, 1500 м – снаружи.
4. Частота передачи сигнала: 4 сек и более.
5. Срок службы метки: до 7 лет.

Примеры использования:

Заводы Bentley, BMW, Ford – контроль всех технологических процессов и логистики. Система WhereNet позволяет определять местоположение имущества с метками в помещениях и на открытом воздухе, на фабриках и грузовых площадках. Используется протокол радиоинтерфейса ISO/IEC 24730-2. Каждая метка автономно излучает радиосигнал 2,4 ГГц методом прямой последовательности для расширения спектра (DSSS), который принимается приемниками для вычисления положения метки.

Компоненты WhereNet

• WhereTag-IV

WhereTag-IV является ключевым элементом решения WhereNet. Метка соответствует стандартам ISO/IEC-24730-2 и Cisco CCX. 
WhereTag-IV настраивается на передачу радиочастотного сигнала с частотой от 4 секунд до нескольких часов. Выходная мощность также настраивается в соответствии с требованиями условий использования. WhereTag-IV работает в диапазоне частот 2,4 ГГц, срок службы батареи - до 7 лет в соответствии с ISO/IEC-24730-2.

• WhereLAN-III

Датчик WhereLAN-III принимает сигналы малой мощности от метки WhereTag и определяет время их получения, обеспечивая точность определения местоположения до 1 м.

WhereLAN-III передает данные WhereTag и WhereCall в стек серверов, который вычисляет местоположение объектов с меткой и предоставляет оперативную и своевременную информацию об их местоположении.

WhereLAN-III имеет корпус из литого алюминия со степенью защиты IP55, разработанный для промышленных условий. WhereLAN-III может автоматически настраивать и динамически подстраиваться под изменение радиочастотных сред, обеспечивая беспроводную синхронизацию времени. Настройка не требует сложного изучения радиочастотного спектра или периодической калибровки.

WhereLAN-III поддерживает протокол IEEE 802.3af Power-over-Ethernet (PoE). Может поставляться со встроенной функцией клиента Wi-Fi, обеспечивая передачу полученных данных WhereTag по любой сети Wi-Fi стандарта 802.11 b/g.

• WherePort-III

Излучатели WherePort указывают близость к известной зоне, заставляя метку WhereTag передавать сигнал. Затем инициированный сигнал принимается датчиком местоположения и пересылается на сервер. WherePort защищен от пыли и воды и может использоваться в помещении и на улице. Среди примеров использования - обнаружение приближения, а также отслеживание прохождения через двери и ворота.

• Подключение

Датчики местоположения поддерживают технологию Power over Ethernet (PoE) и могут обмениваться данными с сервером, используя проводное соединение Ethernet. Они могут быть со встроенным клиентом Wi-Fi, поддерживающим передачу полученных данных WhereTag и стандартных данных управления по любой сети Wi-Fi стандарта 802.11 b/g.

• Типичная архитектура 2-мерного определения местоположения WhereNet

Алгоритм работы системы:

1. Активная метка передает свой идентификатор.
2. Каждый узел WhereLAN-III фиксирует время получения сигнала идентификатора и отправляет его на сервер через Ethernet или Wi-Fi.
3. Система определения местоположения вычисляет местоположение метки на основе разницы между временем получения сигнала на каждый узел WhereLAN-III.
4. Система определения местоположения обновляет местоположение и статус метки в базе данных.

1. Технология Dart работает на частоте 6,5 Ггц. Самая точная технология, подходит для быстродвижущихся предметов.
2. Точность: до 30 см.
3. Дальность передачи: 80 м внутри помещений, 200 м – снаружи.
4. Частота передачи сигнала: 1-30 Гц.
5. Срок службы метки: до 7 лет.

Примеры использования:

• Футбольная Лига США – мониторинг движения игроков.
• GEA Farm Germany – контроль дойки коров и готовности к осеменению.
• Porsche/VW Germany – контроль использования оборудования.
• Колледж West Cheshire, Англия – контроль посещаемости учеников.

Компоненты Dart

• DartTag

Метки передают сигнал с фиксированной частотой в диапазоне от 30 Гц до одного раза в 73 секунды. Метка DartTag имеет класс защиты IP67, срок службы батареи – до 7 лет при передаче сигнала один раз в секунду.

Примеры форм-факторов меток Dart Tag

• Датчики Dart

Отдельные считыватели и датчики могут обнаруживать тысячи меток в секунду без каких-либо помех или влияния на существующие беспроводные системы - в частности, решение не использует Wi-Fi или другие системы беспроводной связи и не влияет на них.

Примеры разных антенн датчиков для использования в помещении.

• DartHub Dart

Хаб обеспечивает питание, передачу данных и синхронизацию датчиков Dart по кабелю Ethernet, с простой и быстрой установкой датчиков. Хаб способен передавать сигналы тысяч меток в секунду с точностью до 30 см.

Программное обеспечение устройства

Предлагаем программное обеспечение для комплексной конфигурации, диагностики и мониторинга системы, встроенное в устройство (хаб), который также обеспечивает питание и данные для инфраструктуры датчиков.

• Подключение

Датчики RTLS подключаются к хабу с помощью кабеля CAT5/6. Кабель обеспечивает питание, передачу данных и синхронизацию с датчиками и может быть проложен на расстоянии до 300 метров между датчиками, в дополнение к стандартной технологии Power Over Ethernet (POE).

Датчики могут подключаться к DartHub в гирляндной цепи максимум с 8 группами из 8 датчиков.

• Стандартная архитектура 2-мерной системы определения местоположения

Стандартная архитектура Dart.

Компоненты:

• Датчик Dart
• Локальная сеть
• Хаб DartHub
• ПО MotionWorks

Процесс:

• Метка DartTag передает свой идентификатор.
• Каждый датчик ставит метку времени и отправляет ее в хаб DartHub через сеть LAN.
• DartHub вычисляет местоположение метки по разнице между временем поступления сигнала на каждый датчик.
• Система определения местоположения обновляет местоположение и статус метки в базе данных.
• Dart Vision Reader

Считыватель Dart Vision Reader (DVR) обеспечивает надежное обнаружение присутствия для инвентаризации и контроля доступа персонала. Считыватель может одновременно принимать тысячи сигналов, излучаемых активными метками DartTag от с дальностью считывания до 200 м. DVR поддерживает передачу полученных сообщений меток DartTag через Ethernet или через встроенный клиентский адаптер Wi-Fi 802.11b/g.

Технология Bluetooth подходит для работы в помещениях.

• Точность: 1-15 м.
• Дальность передачи: 1-15 м.
• Частота передачи сигнала: 120 мс и более
• Срок службы метки: 2 года.

Примеры использования:

• General Electric HealthCare, больница – мониторинг имущества больницы
• UPS USA, логистические центры – контроль правильной загрузки фургонов

Решение Bluetooth с низким энергопотреблением позволяет определять расстояние до объектов с метками в помещениях, таких как фабрики и склады.

Маячки просты в установке, как и развертывание и управление их сетью. Программное обеспечение позволяет легко выбрать частоту радиомаяка, диапазон и режим передачи сигналов. Оно также позволяет проверить точность планирования площадки при установке маячков, чтобы избежать слишком большого расстояния между метками.

Маячки

Предлагаем маячки для складских и заводских помещений с различными форм-факторами. Эти маячки легко настраиваются и устанавливаются на любом объекте.

Хаб Wi-Fi/BLE

В дополнение к мобильному компьютеру (Bluetooth-совместимому), разработаны два хаба, способных обнаруживать присутствие маячка и отправлять эту информацию в систему определения местоположения любой Wi-Fi-инфраструктуре. Поставляются стационарные и мобильные хабы.

Местоположение источника сигнала

Процесс:

1. Маячок BLE отображает физическое местоположение.
2. Маячок BLE для объектов отображает объект.
3. Связь BLE с бейджем 1 to 1.
4. Бейдж получает сигнал от BLE и отправляет данные в облако.
5. Бейдж отправляет данные в облако через сеть Wi-Fi.
6. Центр сбора данных анализирует полученные данные.

Когда бейдж висит на поясе оператора, он автоматически принимает сигнал о местоположении всех объектов с метками. В этом решении оператор не отслеживается, поскольку он не привязан к хабу. Отслеживаются только объекты с метками.

Стандартная архитектура BLE

Компоненты:

1. Устройство Wi-Fi
2. Хаб BLE/Wi-Fi
3. Маячок BLE
4. Ethernet
5. ПО MotionWorks

Процесс:

1. Маячок передает свой идентификатор.
2. Хаб BLE/Wi-Fi обнаруживает маячок BLE, считывает его идентификатор и отправляет его в систему определения местоположения через сеть Wi-Fi.
3. ПО MWE вычисляет местоположение метки на основе данных о местоположении хаба.