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Approximative Indoor-Lokalisierung von RFID ... - Gernot A. Fink

Approximative Indoor-Lokalisierung von RFID ... - Gernot A. Fink

30 3.2 Konzeption eines

30 3.2 Konzeption eines Indoor-Lokalisierungssystems 3.2.2 Designentscheidungen Auswahl der Signaltechnologie Die erste Entscheidung betrifft die Auswahl einer passenden Signaltechnologie, weil abhängig davon die weiteren Designentscheidungen getroffen werden müssen. Dazu folgt eine kurze Diskussion der Technologien: Ultraschall-basierte Systeme sind aufgrund der langsamen Signalausbreitungsgeschwindigkeit vom Prinzip her genau. Dafür ist die Reichweite von Ultraschall-Systemen begrenzt. Weiterhin müssen die Sender und Empfänger eines solchen Systems aktiv betrieben werden, was die Wartungsfrequenz und die Größe des mobilen Teils wegen einer Batterie erhöht. Auch der Kostenfaktor ist zu berücksichtigen: zum Zeitpunkt dieser Arbeit kostet eine kombinierte Cricket- Sender/Empfänger-Einheit $195 USD 1 . Infrarot-basierte Systeme sind kostengünstig, weil die Infrarot-Technik erprobt und weit verbreitet ist. Dafür kämpfen Infrarot-Systeme mit Störungen durch andere Infrarotstrahlungsquellen. Aktive Systeme haben den Nachteil der benötigten Stromquelle und der damit verbundenen Größe. Passive Systeme dagegen haben das Problem, dass keine Identifikation des mobilen Teils möglich ist. Der größte Nachteil ist, dass Infrarot-Systeme zwingend eine Sichtlinie zwischen Sender und Empfänger benötigen, was in der Praxis nicht immer vorausgesetzt werden kann. WLAN-basierte Systeme haben den Vorteil, dass oft bereits eine WLAN-Infrastruktur existiert, auf die aufgesetzt werden kann. Es gibt jedoch Bedenken, ob mittels WLAN- Lokalisierungssystemen eine raumgenaue Ortung gewährleistet ist [11]. Auch müssen WLANbasierte mobile Teile aktiv mit einer Batterie betrieben werden, mit den Nachteilen wie in Ultraschall und Infrarot beschrieben. Des Weiteren ist die übliche Methode zur Lokalisierung mittels WLAN das Tabellenverfahren (vgl. Abschnitt 2.2.2). Bei dieser Methode ist eine Änderung von Gebäudestrukturen, das Hinzufügen und Entfernen von Access Points mit einer aufwändigen Neukalibrierung verbunden. Das Tabellenverfahren setzt ebenfalls voraus, dass die Sensorfelder stabil bleiben, was in der Praxis nicht gewährleistet ist [6]. Bluetooth-basierte Systeme haben als Funk-basierte Systeme eine höhere Reichweite als Ultraschall- und Infrarot-Systeme. Auch hier müssen die mobilen Teile aktiv betrieben werden. Ein großer Nachteil sind die hohen Latenzzeiten durch das Inquiry/Paging-Verfahren, welches zum Handshake zwischen Sender und Empfänger verwendet wird. Das kann dazu führen, dass sich das zu verfolgende Objekt bereits ausserhalb der Sendereichweite befindet, bevor die Kommunikation zwischen Sender und Empfänger abgeschlossen ist. UWB-Systeme zeichnen sich durch eine hohe Genauigkeit aus. Dies wird durch kurze Signalimpulse erreicht, um Multipath-Effekte zu verringern, welche die Genauigkeit der Messungen beeinflussen. Die mobilen Teile müssen aktiv betrieben werden. Aufgrund der momentan hohen 1 Stand: Feb. 2008, Preisliste auf http://www.xbow.com/Products/SelectCountry.aspx?sid=116

3 Konzept für ein Indoor-Lokalisierungssystem 31 Technologie Reichweite Genauigkeit Preis Wartung Ultraschall gering hoch mittel hoch Infrarot gering gering gering hoch WLAN hoch mittel mittel mittel Bluetooth gering/mittel gering mittel mittel RFID hoch/mittel mittel mittel gering Tabelle 3.1: Gegenüberstellung der Eigenschaften der vorgestellen Signaltechnologien Preise für UWB-Systeme eignen sie sich für spezielle Indoorszenarien, insbesondere in großen Hallen, wo nur wenige Sensoren benötigt werden. RFID-Systeme bieten den Vorteil, dass oft bereits eine RFID-Infrastruktur im Health Care Sektor existiert und die Verbreitung der RFID-Technologie in diesem Sektor weiter zuzunehmen scheint [15, 20]. Passive RFID-Transponder sind praktisch wartungsfrei und in sehr kleinen Formaten erhältlich; aktive Transponder haben eine höhere Reichweite als passive, dafür sind sie batteriebetrieben. Nachteilig ist die große Vielfalt von RFID-Systemen, RFID-Transpondern und RFID-Frequenzen, die eine Entscheidung für ein bestimmtes RFID-System erschwert. Tabelle 3.1 zeigt zusammengefasst die Eigenschaften der vorgestellten Technologien. Im Hinblick auf die gewünschten Anforderungen an ein Indoor-Lokalisierungssystem scheint der Einsatz der RFID-Technologie sinnvoll. RFID-Technologie wird bereits zur Patienten- und Säuglingsidentifikation in Krankenhäusern genutzt. Da für RFID-Anwendungen auch immer ein Back-End zur Verfügung stehen muss, ist auch die zentrale Verarbeitung von RFID-Daten gegeben. Damit können RFID-Systeme auch für Zugangskontrollen für beschränkte Bereiche verwendet werden. Passive Transponder sind kostengünstig und wartungsfrei und eignen sich somit für einen massenhaften Einsatz. Methodik der Lokalisierung Für die Lokalisierung von RFID-Transpondern kommen im wesentlichen die Nachbarschaftserkennung, das Tabellenverfahren und entfernungsbasierte Verfahren in Frage. Für die entfernungsbasierten Verfahren nimmt man eine Korrelation zwischen einer Messgröße und der Entfernung zwischen Sender und Empfänger an. Für die Messgröße Signalflugzeit wird aufgrund der Signalausbreitungsgeschwindigkeit eine sehr hohe zeitliche Auflösung im Nanosekundenbereich benötigt, was einen hohen technischen Aufwand erfordert. Für die Messgröße gemessene Signalstärke ist bei der Funktechnologie im Indoor-Bereich diese Korrelation sehr ungenau und als Lokalisierungsdatum somit oft ungeeignet [42]. Für das Tabellenverfahren im RFID-Bereich werden Referenztransponder in den Suchraum platziert und die von den Readern gemessenen Signalstärken der Referenztransponder in einer Tabelle hinterlegt. Man nimmt an, dass ein zu verfolgender Transponder in der Nähe eines Refe-

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