リアルタイムロケーティングシステム(RTLS)にパワーオーバーイーサネット(PoE)を使用

著者:  Parthiv Pandya  - 10-20-2021 

リアルタイムロケーティングシステム(Real-Time Locating System、RTLS)は、スマートビルディングのための多くの技術と同様に、データ通信にRF接続を使用します。RTLSは主に、定義されたエリア内の物体や資産、さらには人間の位置を特定するために使用されます。そのエリアがマップされていれば、他のオブジェクトや機能に対する絶対的な位置をプロットして追跡することができ、ビルや倉庫内での効果的な屋内ナビゲーションを実現します。

これは屋内測位システム(IPS)と似ていますが、IPSでは物体が受信機に自分の位置を送信することが大きな違いで、これは地図上の「ここにいます」というマークに相当します。しかし、RTLSでは、システムが位置を計算し、それをオブジェクトにフィードバックするまで、オブジェクトは自分の位置を知りません。そして、この情報を他のデバイスと共有することができます。

RTLS technology in warehouse

 

RTLSはその名の通り、すべてがリアルタイムで行われるため、既知の場所から発信される信号に基づいて位置を計算することができ、モバイルアセットのトラッキングに非常に有効です。資産の位置は、すべてのRF信号が持つ特性を利用して導き出すことができます。これまであまり利用されてこなかった特性としては、到着角(AoA)、出発角(AoD)、飛行時間(ToF)などがあります。さらに、信号強度の表示など、すでに使用されている他の特性がRTLSのために「再利用」されています。

信号強度は、RTLS がどのように進化し、現在では標準規格の策定方法を形成しているかを示す良い例です。その結果、Bluetooth® Low Energy(Bluetooth LE)接続など、免許不要の帯域で使用される技術によって、RTLSがよりよくサポートされるようになりました。この場合、Bluetooth技術は、RSSI(Received Signal Strength Indicator、受信信号強度インジケータ)と呼ばれる既存の機能を利用して、RTLSをサポートする方法を改善しています。Bluetooth 5.2のRSSI機能は、距離推定のサポートを強化するためにアップグレードされています。RSSIに加えて、AoAとAoDがサポートされました。AoAとAoDは、複数のアンテナを使用して受信信号の位相差を測定し、信号の角度、つまり方向を算出します。AoAとAoDは、複数のアンテナを使用して受信信号の位相差を測定し、信号の角度、つまり方向を算出します。エリア内に複数のビーコンがあれば、位置はより正確になります。

RTLSは、屋内でGPSを使用する際の主な問題点である、GPS信号が建物の中に入りにくく、伝わりにくいという問題を解決します。これを解決するには、人工衛星の代わりとなるビーコンを作成し、BluetoothなどのRF技術を適用して、三辺測量による位置情報をサポートします。

この方法は、自動車に搭載されているGPSシステムと同じように、ビーコンが信号を送信し、この場合は受信することで成り立っています。ビーコンは通常、固定されていますが、現在の位置が常に分かっている場合は移動することもできます(ただし、それでは複雑さが増すだけです)。ビーコンが固定されていると仮定すると、ビーコンには電力と接続性の2つが必要です。この点で、「パワーオーバーイーサネット」が理想的なソリューションであることが証明されています。

パワーオーバーイーサネット(Power Over Ethernet、PoE)は、有線のイーサネット接続と最大約90ワットの電力を組み合わせたものです。PoEは、110/240 VACのオフライン電力に対応した低電力に分類されるため、電気工事士でなくても、ネットワークエンジニアが配線を行うことができます。これにより、工場、オフィス、病院、学校など、さまざまな建物でのPoE導入が容易になります。これまでも無線LANアクセスポイントの増設などに利用されてきましたが、より高い電力を供給できるようになったことで、IoT関連のアプリケーションにも利用されるようになりました。

スマートセンサやアクチュエータは、バッテリー駆動のデバイスで発生するメンテナンスコストを削減するためにPoEを利用する良い例です。しかし、より多くの組織がRTLSのメリットを追求するにつれ、バックボーンとしてPoEを使用することのメリットが明らかになってきています。PoEは、1本のケーブルと使い慣れたコネクタで、電力とインターネット接続の両方を提供します。つまり、多くの場合、既存のインフラにほとんど、あるいは全く変更を加えずに追加できます。給電機器(Power Sourcing Equipment、PSE)と受電機器(Powered Devices、PD)の組み合わせは、標準的なイーサネットに使用されるのと同じケーブルを使用して接続できます。

先に説明したように、RTLS は、通常、固定された位置にビーコンを必要とします。ビーコンは、おそらく照明器具などの目立たない場所に設置されるでしょう。実際、スマートLED照明もPoEの新たなアプリケーションであり、Bluetooth LE接続を使用することが多いため、その上にRTLSを実装するのは比較的容易です。

PoE Lighting System

図1. 屋内測位のバックボーンとしてPoEを使用したスマートLED照明システム

RTLSを設置すると、そのエリアにある資産に取り付けられたタグを追跡できるようになります。これには、フォークリフトのような大型機械や、移動させるパレットなどが含まれます。また、コンピュータやタブレット端末も含まれます。病院の場合、資産は診断機器かもしれませんが、患者の同意を得て、患者の居場所を特定するために使われることもあります。

Bluetoothは現在、おそらく最も普及しているRF技術であり、RTLSサービスをより容易に実現できます。オンセミ(onsemi)のRSL10のような超低消費電力のBluetooth LEソリューションを使えば、資産にBluetoothを追加することもより現実的になります。

 NCL31000 Intelligent LED Driver

図2. NCL31000 インテリジェント LED ドライバ

 

オンセミは、PoE、LEDドライバ、Bluetooth LE接続をサポートする幅広いソリューションを提供しており、機器メーカーによるRTLSの一部を構成するスマートアプリケーション開発をサポートしています。

PoEのサポートは、新しい建物でも改修プログラムの一環としても増加しています。その理由は明確で、電源とインターネット接続を1つのインタフェースで利用できるという利便性を提供しているからです。スマートビルの超低消費電力化の流れは、PoEと密接に関係しています。また、Bluetooth LEがさらに普及することで、より多くのRTLSサービスがオンライン化されることが期待されています。

スマートビルディング向けソリューションの詳細については、以下の関連ブログをご覧ください。

 

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