RTLS의 통신 프로토콜 비교:도달 각도와 위상 범위 비교

사물인터넷(IoT) 산업이 계속해서 호황을 누리면서 많은 기업에서 상용 사례를 위한 RTLS(실시간 위치 시스템)를 개발하기 시작했습니다. 태그가 지정된 자산의 위치를 ​​결정하기 위해 RTLS에서 사용할 수 있는 여러 프로토콜이 있습니다. 사용 중인 일부 최신 기술은 위상 측정 및 AoA(도착 각도)입니다. 이 기사에서는 RTLS의 일부로 두 기술과 각각의 장점과 단점을 살펴보겠습니다.

위상 측정 기술이란 무엇입니까?

위상 범위 지정은 여러 다른 주파수에서 태그에서 비콘으로 전송된 신호의 왕복 위상 편이를 측정하여 자산 태그의 위치를 ​​결정합니다. 그런 다음 이 위상 정보를 사용하여 왕복 거리를 추론합니다. 저전력 BLE 라디오는 위상을 고정밀도로 측정할 수 있으므로 이 기술은 UWB와 같은 시간 기반 시스템보다 훨씬 저렴한 비용으로 거리 측정 기술을 구현합니다.

태그가 최소 4개의 비콘(이상적으로는>6)까지 범위를 측정하면 위치를 삼측량할 수 있습니다. 이 모든 것이 수백 밀리초 이내에 발생합니다.

도착 각도(AoA) 기술이란 무엇입니까?

위상 범위 지정과 유사하게 AoA는 위치에 위상 측정을 사용하지만 여기서 유사점이 종료됩니다. AoA는 태그에서 비콘까지의 범위를 측정하는 대신 태그에서 로케이터(태그 신호를 수신하는 장치)까지의 방위선을 추정합니다. 로케이터는 안테나 어레이를 활용하고 신호 수신 중에 요소 사이를 전환하여 이를 수행합니다. 이러한 요소 간의 위상 이동을 비교하여 들어오는 신호의 각도를 계산할 수 있습니다. 태그의 신호가 여러 로케이터에 수신되면 각 로케이터의 '광선'이 교차하는 위치를 추정하여 태그 위치를 유추할 수 있습니다.

차이점 탐색

이제 위상 범위 지정 및 AoA에 대해 전반적으로 이해했으므로 이러한 RTLS 통신 프로토콜의 주요 기능, 이점 및 단점을 살펴보겠습니다.

1. 해상도

   AoA 시스템에서 해상도는 로케이터로부터의 거리에 따라 달라집니다. 이것은 바퀴의 스포크로 시각화될 수 있습니다. 허브에서 멀어질수록 스포크 사이의 거리가 커집니다. 마찬가지로 AoA 태그가 로케이터에서 멀어질수록 위치 해상도는 더 거칠어집니다. 이것은 로케이터 배치에 제약을 가합니다. 너무 높은 천장에는 설치할 수 없습니다. 이와 대조적으로 위상 측정 시스템의 분해능은 순전히 신호 대역폭의 함수이며 범위와 무관하므로 적절한 범위를 달성하고 태그에 대해 우수한 측정 기하학을 제공하려면 비콘을 배치하기만 하면 됩니다.

1. 비용

   각도를 측정하려면 AoA 로케이터에 비교적 큰 맞춤형 다중 요소 안테나 어레이가 필요합니다. 이러한 하드웨어 복잡성으로 인해 AoA는 위상 측정 시스템보다 비용이 더 많이 드는 경향이 있습니다. 위상 범위 비콘은 기본 옴니 안테나(칩 또는 통합)를 사용할 수 있습니다. 위상 범위 구성 요소의 비교적 단순함은 사용자의 간접비를 줄여줍니다.

2. 설치

   AoA를 계산하는 데 일반적으로 사용되는 알고리즘을 MUSIC(다중 신호 분류)라고 합니다. 계산적으로 이것은 집중적인 절차입니다. 자산 태그 또는 로케이터에 MUSIC를 구현하는 것은 실현 가능하지 않습니다. 이를 위해서는 각 로케이터가 '에지 프로세서' 또는 클라우드로 처리하기 위해 샘플을 백홀해야 합니다. 데이터의 양이 주어지면 이를 수행하는 데 선호되는 방법은 케이블로 연결된 이더넷 연결을 사용하는 것이므로 로케이터 비용과 설치 복잡성이 모두 증가합니다. 반면 위상 측정 태그는 자체 위치를 계산합니다. 광범위한 백홀 인프라가 필요하지 않습니다. 백홀을 위한 저전력 광역 네트워크(LPWAN) 링크를 사용하면 케이블이 필요하지 않습니다.
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다중 경로

실내 자산 추적을 다루는 사람은 금속 물체가 신호를 반사할 수 있다는 것을 알고 있습니다. Link Labs에서 Phase Ranging 시스템을 사용하여 수행한 작업의 대부분은 반사의 영향을 최소화하는 것이었습니다. 이 경우 AoA는 비교 대상이 아닙니다. 레인징은 신호 도착 시간을 측정하기 때문에 자연스럽게 다중 경로를 구별합니다. 각도 기반 시스템에서는 다중 경로를 식별하기가 더 어렵습니다. MUSIC 알고리즘은 다중 경로를 식별하는 데 도움이 될 수 있지만 상당한 약점이 있습니다. 알고리즘은 수신된 신호가 상관 관계가 없다고 가정합니다(즉, 신호가 동일한 소스에서 나오지 않음). 그러나 다중 경로 반사는 동일한 신호의 지연된 버전이므로 높은 상관 관계가 있습니다. 따라서 신호 강도와 같은 추가 정보를 사용하여 태그까지의 대략적인 거리를 계산해야 하지만 신호 강도 기반 범위 측정은 특히 로케이터에서 더 먼 거리에서 부정확하기로 악명이 높습니다.

3. 정확도

정확도는 틀림없이 RTLS의 가장 중요한 측정항목이지만 가장 미묘한 차이가 있습니다. 예를 들어, 다음은 Link Lab의 OnSite XLE 위상 측정 시스템을 사용하는 창고의 위치 정확도 누적 분포 함수(CDF)입니다.

Y축은 백분위수를 나타냅니다. 0.5 =50%--X축은 매개변수를 나타냅니다. 이 경우 시스템 정확도(미터)

현실적인 기대치를 제공하기 위해 90번째 백분위수 정확도(시간의 90%에 도달한 정확도를 의미합니다. 이는 수정에 사용된 비콘 수와 함께 플롯 범례에 지정된 통계입니다)를 지정합니다. 이 예에서는 다음과 같습니다. 약 1.2미터. 그러나 대신 50번째 백분위수를 사양으로 사용하면 정확도가 40cm라고 말할 수 있습니다. 시스템 정확도 사양을 비교할 때 기본 방법론이 동일해야 하는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 공정한 비교가 아닙니다. 결국 위의 플롯을 보면 시간의 일부 비율이 밀리미터 정확도를 달성했습니다. 덜 세심한 시스템 공급업체는 시스템을 실제보다 더 정확하게 표시하기 위해 더 낮은 백분위수를 사용하도록 선택할 수 있습니다. 따라서 항상 어떤 조건에서 정확도가 측정되었고 어떤 통계적 벤치마크가 사용되었는지 물어보십시오.

AirFinder OnSite XLE를 통한 위상 측정

구현할 자산 추적 솔루션을 결정할 때 위상 범위 지정과 AoA의 차이점을 이해하는 것이 중요합니다. 즉, 위상 측정은 일반적으로 더 나은 전체 기술로 간주됩니다. Link Labs의 AirFinder Onsite Xtreme Low Energy(XLE)는 위상 측정 기술을 사용하여 태그 배터리 수명과 비용을 손상시키지 않으면서 사용자에게 정확도를 제공합니다. XLE에 대한 자세한 내용을 보려면 지금 데모를 예약하십시오.