GPS, LTE oder BT Nahbereichsfunk?

Warum Ortung nicht gleich Ortung ist

Immer mehr Geräte können heute ihren Standort bestimmen. Fahrzeuge, Maschinen, Container, Werkzeuge oder mobile IoT-Gateways – überall spielt die Positionsbestimmung eine wichtige Rolle. 

Ortung ist nicht gleich Ortung.

Je nach Anwendung kommen gänzlich unterschiedliche Technologien zur Positionsbestimmung von Objekten zum Einsatz, die sich hinsichtlich Genauigkeit, Energieverbrauch und Reaktionszeit deutlich unterscheiden.

GPS – der Klassiker für präzise Positionen

Wenn von Ortung gesprochen wird, denken die meisten Menschen zuerst an GPS. Genauer gesagt nutzen moderne Empfänger heute meist mehrere Satellitensysteme gleichzeitig, beispielsweise:

• GPS (USA)
• Galileo (Europa)
• GLONASS (Russland)
• BeiDou (China)

Dadurch stehen mehr Satelliten und Satellitensysteme zur Verfügung und die Positionsbestimmung wird zuverlässiger. Unser pironex piSmart Gateway Low Cost nutzt genau dieses Verfahren und bestimmt seine Position über ein integriertes GNSS-Modul.

Warum ein GPS-Fix Zeit benötigt

Eine häufige Frage unserer Kunden lautet: Warum zeigt mein Smartphone sofort eine Position an, während ein IoT-Gateway nach dem Einschalten zunächst einige Minuten benötigt?

Der Grund ist klar im unterschiedlichen Einsatzgebiet begründet. Ein Smartphone ist nahezu permanent aktiv. Es kennt bereits seine letzte Position, verfügt über eine Internetverbindung und hält die sogenannten Satellitenbahndaten immer aktuell. Dadurch gelingt der erste GPS-Fix meistens innerhalb weniger Sekunden. Ein industrielles IoT-Gateway arbeitet etwas anders.
Viele Geräte werden nur bei Bedarf aktiviert und verbringen lange Zeit im Energiesparmodus. Nach einem vollständigen Neustart muss der GNSS-Empfänger zunächst:

• sichtbare Satelliten finden,
• deren Bahndaten empfangen,
• die Signale auswerten,
• und daraus eine dreidimensionale Position berechnen.

Je nach Einbausituation kann dieser sogenannte Cold Start mehrere Minuten dauern.

A-GPS beschleunigt die Ortung

Um diesen Vorgang zu verkürzen, unterstützen moderne GNSS-Empfänger Assisted GPS (A-GPS). Dabei werden über eine vorhandene Datenverbindung Informationen bereitgestellt, welche Satelliten am aktuellen Standort voraussichtlich sichtbar sind. Der Empfänger muss diese Daten somit nicht vollständig selbst ermitteln. Dadurch verkürzt sich die Zeit bis zum ersten GPS-Fix erheblich. Unter günstigen Bedingungen lassen sich Genauigkeiten von etwa 5 bis 20 Metern erreichen.

Der HDOP-Wert entscheidet über die Qualität

Nicht jede GPS-Position ist gleich gut. Ein wichtiger Qualitätsparameter ist der sogenannte HDOP (Horizontal Dilution of Precision). Er beschreibt vereinfacht, wie die Genauigkeit der ermittelten Satellitendaten ist. Ein niedriger HDOP-Wert bedeutet eine hohe Positionsgenauigkeit. Deshalb berücksichtigen professionelle Ortungssysteme nicht nur die Position selbst, sondern auch deren Qualität.

Wenn Zentimeter gefragt sind

Für einige Anwendungen reichen zehn Meter Genauigkeit nicht aus. Beispielsweise in:

• der Landwirtschaft,
• Vermessung,
• autonomen Fahrzeugen,
• Baumaschinen.

Hier kommt häufig Differential-GPS (DGPS) genauer gesagt RTK zum Einsatz. Zusätzliche Referenzstationen korrigieren dabei die Satellitensignale. So werden Positionsgenauigkeiten im Zentimeterbereich möglich.

LTE-Funkzellen als erste Orientierung

Nicht jede Anwendung benötigt sofort eine exakte GPS-Position. Oft genügt zunächst die Information, in welchem Bereich sich ein Gerät befindet. Hier kann die LTE-Funkzellenortung helfen. Das IoT-Gateway kennt die Mobilfunkzellen, mit denen es verbunden ist. Anhand dieser Informationen lässt sich der Aufenthaltsbereich häufig auf einige hundert Meter eingrenzen. Gerade nach einem Neustart kann dies ein großer Vorteil sein. Während der GPS-Empfänger noch Satelliten sucht, steht bereits eine erste Positionsinformation zur Verfügung.

Bluetooth ist keine GPS-Ortung

Immer häufiger werden auch Bluetooth-Tags zur Ortung eingesetzt. Diese Systeme verfolgen jedoch ein anderes Konzept. Bluetooth-Tags bestimmen ihre Position nicht selbst. Sie senden lediglich ein Bluetooth-Signal aus. Erst wenn ein kompatibles Smartphone oder anderes Gerät in der Nähe vorbei kommt, wird die Position an den jeweiligen Dienst übertragen. In dicht besiedelten Gebieten funktioniert dieses Verfahren gut. In abgelegenen Regionen oder Industrieanlagen dagegen häufig gar nicht.

Deshalb eignen sich Bluetooth-Tags vorrangig zur Suche verlorener Gegenstände, jedoch nicht für ein kontinuierliches GPS-Tracking im Feld.

Die richtige Technologie für jede Anwendung

Bei pironex betrachten wir Ortung immer als Teil des Gesamtsystems. Je nach Projekt kombinieren wir unterschiedliche Verfahren:

• GNSS (GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou)
• Assisted GPS (A-GPS)
• LTE-Funkzellenortung
• Mobilfunkkommunikation
• Sensorfusion mit weiteren Sensordaten

Dadurch entstehen robuste Ortungslösungen für Fahrzeuge, Maschinen, mobile Datenlogger und IoT-Gateways.

Fazit

Die Anwendung entscheidet über die eingesetzte Ortungstechnologie. Während BT-Tags für verlorene Gegenstände sinnvoll sein können, benötigen professionelle IoT-Anwendungen meist eine Kombination aus GNSS, A-GPS und Mobilfunk.

Genau deshalb entwickeln wir bei pironex unsere Gateways so, dass sie verschiedene Ortungsverfahren intelligent miteinander kombinieren. Das Ergebnis sind zuverlässige Positionsdaten – abgestimmt auf die Anforderungen des jeweiligen Projekts.