Applicazioni e tecnologie RTLS

Cosa sono e come scegliere
Applicazioni e tecnologie RTLS. Cosa sono e come sceglierli.
I sistemi RTLS (Real-Time Locating System), a volte chiamati anche IPS (Indoor Positioning System), sono paragonabili a sistemi GPS (Global Positioning System) “privati” che funzionano anche all’interno di edifici.
Essi permettono infatti di verificare in tempo reale la posizione di oggetti o persone all’interno di ambienti aperti o coperti, ed eventualmente di tracciarne i percorsi effettuati.

Sono composti da una serie di antenne fisse (spesso chiamati anche beacon), che fungono da “fari” per una serie di identificatori (tag o transponder) che vengono associati agli elementi da monitorare. Le antenne tipicamente sono raggruppate per area, e ogni singola area comunica in tempo reale le letture dei tag rilevati al suo interno. Questi tipi di sistemi, nati negli anni ’90, si sono evoluti nel tempo sia nei metodi di misurazione che nelle tecnologie di comunicazione utilizzati. Le diverse combinazioni tra metodi e tecnologie, possono portare a prestazioni di sistema completamente differenti, in modo da coprire una vasta gamma di esigenze in molteplici ambiti operativi, con applicazioni che spaziano dal controllo di produzione alla logistica, dal marketing posizionale al controllo accessi, dalla sicurezza al asset management.

Ognuna di queste applicazioni ha bisogno di soddisfare uno o più requisiti. I più diffusi sono:

  • Precisione di lettura: indica la distanza minima rilevabile da una successione di più letture. Equivale al minimo spostamento di un tag che il sistema è in grado di rilevare nel sistema.
  • Distanza di lettura: distanza massima entro cui un’ancora rileva la presenza di un tag nella propria area
  • Frequenza di aggiornamento letture: misura il numero (min/max) di letture di un singolo tag per unità di tempo.
  • Consumo: misura il consumo energetico del tag. Può essere espresso parametrizzato in base alla frequenza di aggiornamento.
  • Durata dei tag: indica la durata media di un tag attivo prima che si scarichi la batteria interna. Di solito espresso in giorni o mesi, è inversamente proporzionale al consumo energetico.
  • Densità o velocità di lettura: indica il numero massimo di tag rilevabili in una determinata area in un medesimo intervallo di tempo
  • Tempo di risposta: indica il tempo massimo che intercorre tra la lettura di un tag e la corrispondente risposta del sistema
  • Prezzo: composto dalla somma di differenti parametri come costo ancore + costo dei tag + costo del server + costo dell’applicazione + costi di installazione + costi di servizio, ricambi e assistenza. Per una prima stima indicativa può anche essere espresso in €/mq.

Principali metodi di misurazione:

  • Angle of arrival (AoA):misura della differenza degli angoli di arrivo del segnale tra più antenne
  • Line-of-sight (LoS): misura il percorso ottico in linea retta fra un l’antenna e il tag
  • Multilateration (MLAT) o Time Difference of Arrival (TDoA): calcola la differenza della distanza tra più antenne mediante segnali di trasmissione in tempi noti; questo metodo richiede che tutte le antenne siano costantemente sincronizzate tra loro.
  • Near-field electromagnetic ranging (NFER): misura la variazione delle singole componenti elettriche e magnetiche del campo elettromagnetico intorno al tag col variare della distanza dall’antenna.
  • Symmetrical Double Sided – Two Way Ranging (SDS-TWR): utilizza i ritardi che si verificano naturalmente nella trasmissione del segnale tra antenna e tag.
  • Time of arrival (ToA) o Time-of-flight (ToF): calcolo del tempo necessario affinché il segnale percorra la distanza tra antenne e transponder.

Principali tecnologie di comunicazione:

  • Radio frequency identification (RFID): sfrutta i campi elettromagnetici per identificare e tracciare automaticamente i tag. Se non specificato, i tag solitamente sono passivi, ovvero raccolgono l’energia necessaria dalle onde radio di un’antenna (lettore RFID) a portata di lettura.
  • Active radio frequency identification (Active RFID): utilizza specifici tag attivi RFID, che hanno una fonte di alimentazione autonoma locale (es. batteria), per cui possono operare soddisfacendo esigenze più evolute in merito a precisione, distanza, frequenza o densità di lettura.
  • Bluetooth Low Energy (BLE): È destinato ad applicazioni di potenza molto bassa e con autonomia ridotta. Nonostante abbia una precisione di lettura inferiore ad altre tecnologie, ha una velocità di trasferimento dati molto elevata. I vantaggi importanti di questa tecnologia sono che si basa su uno standard ormai molto diffuso e già disponibile su dispositivi mobili, senza necessità di nessun tag aggiuntivo.
  • Infrared (IR): Utilizza letture ad infrarosso e richiede una linea di visuale libera tra lettore e tag, per cui se uno dei tag viene coperto, la lettura potrebbe non avvenire.
  • Ultrasound Identification (US-ID): Rispetto agli infrarossi ha tempi di comunicazione più lenti (a causa delle lunghezze d’onda più lunghe) anche se è in grado di superare ostacoli. Ha inoltre una scarsa precisione, per cui in generale non può eguagliare le prestazioni di altre tecnologie.
  • Ultra-wideband (UWB): È attualmente la tecnologia scelta da Plexa, in quanto ritenuta la più flessibile e la più sicura. Può raggiungere una precisione di qualche centimetro per distanze di misurazione di 100 metri.
  • Wireless Local Area Network (WLAN, Wi-Fi): Ha il grosso vantaggio di poter sfruttare infrastrutture di rete solitamente già presenti negli ambienti. Permette una buona copertura, ma la precisione di lettura è limitata a una decina di metri, per cui lo è di fatto scarsamente utilizzabile in molti contesti operativi.

La figura seguente è utile per farsi un’idea delle tecnologie utilizzabili per diverse combinazioni di precisione di lettura e distanza di lettura:

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