Indoor Positionsbestimmung, Tracking und Indoor Navigation mit Beacons

Die Indoor Navigation mit Beacons (am weitesten verbreitet sind die Typen iBeacon und Eddystone) bietet entscheidende Vorteile in Projekten, die auf hohe Genauigkeit angewiesen sind und Apple-Geräte berücksichtigen möchten. Beacons sind typischerweise Sender im clientseitigen Verfahren. Sie ermöglichen zum Beispiel Indoor Navigation für Fluggäste, die eine App benutzen - plattformübergreifend und mit einer Genauigkeit von bis zu 1 Meter. Serverseitiges Tracking von Personen oder Waren (Beacon Tracking) ist nur mit gesonderter Hardware möglich (z.B. infsoft Locator Node, Cisco, HP Aruba).

Positionsbestimmung mit Beacons

Setzt man Beacons zur Indoor Navigation ein, sind auch temporäre Installationen, beispielsweise zu Ausstellungen und in außergewöhnlichen Locations möglich. Die Montage ist sehr flexibel und einfach. Das Gehäuse ist in verschiedenen Farben erhältlich, sodass die Geräte unauffällig montiert werden können. Die Bluetooth Low Energy (BLE) -Technologie ermöglicht Batteriebetrieb über zwei bis acht Jahre hinweg, ohne dabei auf externe Stromversorgung zurückgreifen zu müssen. Die Beacons können aber auch an das Stromnetz angeschlossen werden oder die Stromversorgung von Lampen nutzen. Für sehr unauffällige und platzsparende Installationen zum Beispiel auf ISO-Cards oder auf Werbemitteln eignen sich papierdünne Beacons mit gedruckter Batterie. Sie haben eine Batterielaufzeit von drei bis vier Tagen. Das in die Systeme von infsoft integrierte Beacon Management Tool erleichtert das Verwalten und Überwachen der Beacons.


Funktionsweise von Bluetooth Low Energy Beacons

Bluetooth Beacons sind kleine Funksender, die im Umkreis von 10-30 Metern (Innenräume) Signale aussenden. Die Vorteile von Beacons liegen auf der Hand: Sie sind günstig (drei bis dreißig Euro), lassen sich mit minimalem Aufwand installieren, ermitteln eine Position bis zu 1 Meter genau und werden von vielen Betriebssystemen und Geräten unterstützt. Der neue Standard BLE (Bluetooth Low Energy) ist zudem sehr stromsparend. Mit Beacons können sowohl serverbasierte (Beacon Tracking) als auch clientbasierte Anwendungen realisiert werden. Bei der Positionsbestimmung mit Beacons kann auch das aktuelle Stockwerk erkannt werden.

Clientseitig

clientseitige Positionsbestimmung mit Bluetooth Low Energy (BLE)

Sollen die Positionsdaten unmittelbar auf einem mobilen Endgerät (Smartphone) dargestellt werden, empfängt das Smartphone Bluetooth-Signale von im Gebäude installierten Beacons und nutzt die Messung der Signalstärke zur Positionsbestimmung. Das Device kann die Daten, falls gewünscht, auch an die infsoft LocAware platform® übermitteln, wo sie intelligent weiterverarbeitet werden. Die Genauigkeit bei einem clientseitigen Verfahren liegt bei 1-3 Metern, die Reichweite bei bis zu 30 Metern.




Serverseitig

serverseitige Positionsbestimmung mit Bluetooth Low Energy (BLE)

Bei einer serverseitigen Positionsbestimmung sendet der am zu verfolgenden Asset befestigte Beacon BLE-Signale an im Gebäude installierte infsoft Locator Nodes. Der Locator Node verarbeitet die bereitgestellten Daten und sendet sie via WLAN, Ethernet oder UMTS an die infsoft LocAware platform®. Dort können bspw. die Position in einer Karte dargestellt und Bewegungsstatistiken abgerufen werden. Die Genauigkeit bei einem serverseitigen Verfahren liegt bei unter 8 Metern, die Reichweite bei bis zu 75 Metern.




Bluetooth Low Energy Beacons sind von zahlreichen Anbietern in verschiedenen Größen und Formen verfügbar, die sich für unterschiedliche Einsatzzwecke eignen. Durch den Industriestandard Bluetooth Smart sind die Lösungen von infsoft mit Beacons aller Hersteller kompatibel. infsoft stellt selbst keine Beacons her, wir vermitteln jedoch gern den Kontakt zu entsprechenden Bezugsquellen.


Parametrierung und Interferenzen

Beacons tragen bestimmte Kennzahlen, mithilfe derer sie sich zuordnen, unterscheiden und parametrieren lassen. Bei iBeacons sind das UUID (Zugehörigkeit zu einer Obergruppe, z.B. "Frankfurt Airport"), Major (Zuordnung zu einer bestimmten Gruppe, z.B. "Terminal 1"), Minor (Identifikation einzelner Beacons, z.B. "Beacon #10"), TX Power (Signalstärke) und Sendeintervall. 

Eddystone Beacons
 tragen mehrere „frame types“, die sich von iBeacon unterscheiden: Eddystone-UUID: (16-stellige ID, die Gruppenzugehörigkeit und Identität eines einzelnen Beacons angibt), Eddystone-URL (frei wählbare URL) und Eddystone-TLM (aktueller Status des Beacons).

Infografik: Frequency Hopping - Interferenzen WLAN Bluetooth

Bluetooth Beacons beeinflussen andere Funknetze normalerweise nicht (Interferenzen) und auch medizinische Geräte bleiben ungestört. Installiert man jedoch Beacons in einem Raum mit sehr vielen WiFi-Signalen (zum Beispiel auf einer Messe), können Interferenzen auftreten, da sich BLE und WiFi den gleichen Frequenzbereich (2,4 GHz) teilen. Das Problem lässt sich allerdings leicht umgehen, indem man bei der Konfiguration des WiFi die Kanäle 2,3,4,13 und 14 vermeidet und stattdessen 1,6,7,8,9,10,11 und 12 nutzt. Bluetooth lastet die zur Verfügung stehenden restlichen Kanäle gleichmäßig aus (Frequency Hopping). In der Grafik rot markiert sind die Advertising Channels, die zur Positionsbestimmung genutzt werden. Die blau eingefärbten Kanäle sind für Zusatzfunktionen wie z.B. einen Temperatursensor reserviert.

Innerhalb von Gebäuden ergeben sich bei BLE Beacons Dämpfungen in der Signalausbreitung. Entsprechende Charakteristiken werden bei der Anbringung und Parametrierung berücksichtigt.

Geringe Dämpfungseigenschaften:
Holz, synthetische Materialien, Glas
Mittlere Dämpfungseigenschaften: Ziegel, Marmor
Hohe Dämpfungseigenschaften: Gips, Beton, beschichtete Glasoberflächen (schussfeste Ausführungen etc.)
Sehr hohe Dämpfungseigenschaften: Metall, Wasser (hierzu zählen auch Personen/-gruppen)


Use Cases für Indoor Lokalisierung mit Beacons

Es gibt zahlreiche Anwendungsszenarien für die Indoor Lokalisierung mit Bluetooth Low Energy Beacons. Hier einige Beispiele:

BLE Beacons können an wertvollen oder teuren Gegenständen angebracht werden. Wenn ein Beacon einen definierten Bereich verlässt (geofencing), wird ein Alarm ausgelöst oder die Security benachrichtigt.

Eingesetzte Software-Lösung: Indoor Tracking, Indoor Location Based Services
Eingesetzte Sensorik: Bluetooth Low Energy (Beacons)
Anwendungsbeispiel: Aufklärung von Fahrraddiebstählen


Mitarbeiter und Besucher in großen Gebäuden werden mit einem Beacon (im ID-Kartenformat) ausgestattet. Im Notfall kann dann festgestellt werden, ob und wo sich noch Personen im Gebäude aufhalten. Hierdurch wird eine schnelle Evakuierung ermöglicht.
Eingesetzte Software-Lösung: Indoor Tracking
Eingesetzte Sensorik: Bluetooth Low Energy (Beacons)
Anwendungsbeispiel: Evakuierung von Mitarbeitern und Besuchern

Jeder zu verfolgende Gegenstand wird mit einem kleinen Beacon ausgestattet. Die Position und Eigenschaften der getrackten Objekte (Abteilung, Anschaffungsdatum, Wert etc.) können jederzeit in einem Webinterface angezeigt werden.

Eingesetzte Software-Lösung: Indoor Tracking
Eingesetzte Sensorik: Bluetooth Low Energy (Beacons)
Anwendungsbeispiel: Inventarisierung von Wirtschaftsgütern auf einem Firmenareal

Beacons ermöglichen die Indoor Navigation für Fluggäste und Bahnreisende. Mit einer App können das richtige Gate/Gleis oder Sonderziele wie Geldautomaten, Toiletten und Ticketschalter schnell gefunden werden. Dies funktioniert sowohl mit Android- als auch iOS-Geräten.

Eingesetzte Software-Lösung: Indoor Navigation
Eingesetzte Sensorik: Bluetooth Low Energy (Beacons)



  • Beacon-Rechner

    Mit dem Beacon-Rechner von infsoft finden Sie heraus, wie viele Beacons Sie für Ihr clientseitiges Indoor-Positionsbestimmungs-Projekt ungefähr brauchen. Bitte beachten Sie, dass die genaue Anzahl von verschiedenen Faktoren wie zum Beispiel Branche, gewünschter Genauigkeit, Parameterisierung und den baulichen Gegebenheiten vor Ort abhängig ist. Wir beraten Sie gern hierzu!

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