Tracking Systeme

Atlantik Elektronik bietet Produkte und Lösungen an, die speziell für alle Arten von lokalisierten und verwalteten Systemen entwickelt wurden. Dazu gehört ein umfangreiches Set an Hardware, Software und Entwicklungswerkzeugen sowie die Möglichkeit, ausgewählte Komponenten zu kombinieren oder eine Komplettlösung zu erstellen. Unsere Fachkenntnisse im Bereich Embedded Systeme für GNSS und Mobilfunksysteme helfen Entwicklern und Herstellern bei der Entwicklung zukunftsweisender Smart Tracking- und Telematikgeräte wie Asset Trackern, Gesundheitsmonitoren, Sicherheitssystemen, Smart-City-Sensoren und intelligenten Zählern sowie einer Reihe von tragbaren Tracking-Geräten mit einem ausgewogenen Funktionsumfang hinsichtlich Präzision, Preis, Leistung und Verpackung – für die Bereiche Konsumgüter, Unternehmen, Verteidigung, Industrie und professionelle Dienstleistungen.

ZIELANWENDUNGEN

• Asset-Tracking-Geräte
• Telematiksysteme
• Flottenmanagementsysteme
• Elektrofahrzeuge

Kundenwünsche können sehr individuell sein und reichen von einer Standard-Komponentenbelieferung bis hin zur ausgelagerten Planung, Realisierung und Produktion eines ODM-Produktes. Als Partner weltweit führender Technologieunternehmen unterstützen wir unsere Kunden bei der Kombination und Integration ihrer Produkte, um die bestmöglichen Lösungen anhand der Kundenspezifikationen zu realisieren.

Wir unterteilen hierbei die Wertschöpfungskette in drei Integrationsstufen, angefangen bei „Komponenten und Modulen“, was der Standarddistribution gleichzusetzen ist, über „Kundenspezifische Teillösungen“ bis hin zu kompletten „ODM Produkten und Lösungen“.

Eine detaillierte Übersicht unseres Portfolios und Services finden Sie unten in unserem Flyer.

Viele Abläufe in Logistik und Industrie werden heutzutage bereits mit Tracking Systemen durchgeführt. Antreiber hierfür sind Trends wie Industrie 4.0 und das allgegenwärtige IoT Thema.  Das Internet der Dinge hat bereits zu deutlichen Vereinfachungen auf diesem Gebiet geholfen, mit den neusten Tracking Systemen werden jetzt auch Digitalisierungsprojekte erfolgreich umgesetzt, die zuvor undenkbar waren.

 

Wofür benötigt man genau ein Tracking System?

Der Begriff „Tracking“ - zu Deutsch Rückverfolgung - wird in vielen wirtschaftlichen Abläufen gewünscht um mehr Transparenz und dadurch eine bessere Kontrolle der Abläufe zu bekommen. Die Motivationen hierfür sind durchaus sehr unterschiedlich. Ein Tracking System kann die Effizienz von komplexen Abläufen sichtbar machen und dadurch neu gewonnenen Erkenntnisse in neue und bessere Entscheidungen einfließen lassen. Aber manchmal kann es auch nur einfach einen zusätzlichen Informationsgehalt sichtbar machen, um damit einen besseren Service anzubieten, was letztendlich mehr Kundenzufriedenheit bedeutet. Ein einfaches Beispiel was alle kennen dürften ist, wenn man ein Paket bei DHL aufgibt. Gerade zur Weihnachtszeit ist es ja immer wieder spannend zu sehen, und dann die Gewissheit zu haben, ja es ist noch rechtzeitig angekommen. Hier wird das Tracking System allerdings durch einen externen Barcodescanner mit Datenmodem ersetzt.

Bei den technischen Tracking-Systemen ist der Grundgedanke hierbei, mittels IoT-Technik (Internet of Things) Daten auf einer extrem energieeffizienten Art & Weise an einen externen Ort bzw. einem bewegten Ziel zu bekommen bzw. auch von dort zu senden. Die Anforderungen für ein technisches Tracking System können wir grob in zwei Kategorien teilen:

• halb stationäre Tracking Systeme [langsam bewegte Objekte]
• mobile Tracking Systeme [ sehr bewegliche Objekte, max 160km/h

Der Unterschied dieser beiden Kategorien beruht auf der Satelliten gesteuerten Navigationstechnik GNSS [Global Navigation Satelliten System] und der verwendeten zellularen Mobilfunktechnik.

Für Anwendungen im halb-stationären Betrieb oder anders ausgedrückt, wenn sich das Objekt relativ langsam bewegt und es dadurch seltener neue Positionsmeldungen absenden muss, kann man auf ein Daten-Sendemodul mit integrierter GNSS-Einheit zurückgreifen. Diese Module können nicht gleichzeitig Daten senden und Satellitensignale empfangen, sondern erledigen diesen Job sequentiell. 

Dagegen sind typische PET-Tracker für das Hundehalsband flink und beweglich unterwegs und sollten lieber mit separaten Einheiten für Modem und GNSS-Empfänger arbeiten. Entscheidend hierbei ist das Sendeintervall welches bei so einer vitalen Anwendung ausgelöst durch Beschleunigungs- und Drehachsensensors vielleicht alle 30 Sek. eine neue Position ermittelt und sendet. 

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Bild 1. Pet-Tracker                                                                                                                  Bild 2. Pet-Tracker an einem Hund

Das Geheimnis dieser Trackingsysteme besteht darin, mit einer gegebenen Akkuleistung eine maximale Arbeitszeit des Trackers zu gewährleisten. Hier sind gute Programmier-Algorithmen notwendig, wie etwa nach welchen Sensoraktionen der GNSS Empfänger in Sleep Mode oder das NB/CatM1-Modem in den PSM Mode [Power Saving Mode] gehen, um Strom zu sparen bzw. wann lohnt sich evtl. der eDRX Mode? [Extended Discontinuous Reception]. Beide Stromsparmodis werden über einen Timer-Intervall programmiert. Beim PSM Mode bleibt das Gerät im Netz angemeldet, kann aber selbständig in den Ruhezustand gehen. Das erspart unter Umständen einen erneuten Anmeldevorgang, der mit erhöhten Stromverbrauch verbunden ist.

Ein anderes Beispiel wäre z.B. ein Arbeitsgerät welches in den Verleih geht wie z.B. eine Arbeitsbühne. Typische Vermietung laufen hier über Arbeitsstunden am Ort. Hier genügt eine stundenweise Ortung, die dann mit einem voll integrierten Datenmoden mit integrierten GNSS bewerkstelligt werden kann.
 

Bild 3. Mobile Arbeitsbühne                                                                                                                 Bild 4. HW-Tracking System/ Qualcomm 9205 Chipset

GNSS - Satelliten Positionierungssysteme

GNSS ist ein Sammelbegriff für die verschiedenen Satelliten Positionierungssysteme:

• NAVSTAR GPS (Global Positioning System) der Vereinigten Staaten von Amerika
• GLONASS (Globales Satellitennavigationssystem) der Russischen Föderation
• Galileo der Europäischen Union
• Beidou der Volksrepublik China

Grundsätzlich ist es für ein Tracking System dabei ein qualitativer Vorteil, wenn mehrere Satellitensysteme unterstützt werden und letztendlich dabei mehr sichtbare Satelliten am Himmel für ihn nutzbar sind. Dabei helfen dem einzelnen GNSS-Empfänger, wie viele Frequenzbänder er unterstützt. Einfache Single-Band GPS-Empfänger sind dabei die kostengünstigsten Lösungen, Multi-Band GNSS Empfänger die deutlich aufwendigeren Lösung. Performance-gesteigert können Positionierungssysteme durch zusätzlich Sensorik z.B. durch Rad- und Beschleunigungssensoren für Dead Reckoning (DR) / Koppelnavigations-Berechnungen sowie mit Real Time Kinematic (RTK) wobei hier Korrekturdaten über die terrestrische zellulare Verbindung geholt werden können. Solche Lösungen werden im Bereich E-Mobility gefordert. Dabei sind die Anforderungen von z.B. E-Scooter und eCars deutlich unterschiedlich, was die Energieeffizienz und Einbaubedingungen angeht.

Wieder ganz andere Anforderungen stellen Logistikanwendungen dar. Wenn z.B. eine Medizin-Versandbox auf den Weg geht, möchte der Versender sowie der Empfänger evtl. eine lückenlose Dokumentation der Bedingungen wie Temperatur, Luftdruck und Feuchtigkeit innerhalb der Box einsehen können, möglichst 24/7 zusätzlich zu  den Geodaten wo sich die Versandbox befindet.    

Trotz bester Multi-Band GNSS-Empfänger wird ein Satellitenempfang tief in Gebäuden sicher nicht möglich sein, weswegen man hier auch WLAN nutzen kann. Aus diesem Grund gibt es bereits hochintegrierte LTE NB/CatM1 Module für Tracking Systeme, die in Gebäuden eine Lokalisierung mittels Wifi-Scan durchführen. Die WLAN-Einheit dient hier ausschließlich zum Lokalisieren, nicht zur Datenübertragung. Hierfür wird weiterhin das zellulare LTE NB/CatM1 verwendet. 

Zellularer Mobilfunk heute: Narrowband und CatM1

Aufgrund der extrem kompakten Größe, der Boot-Geschwindigkeit, des geringen Stromverbrauchs, der geringen Wärmeentwicklung und der Anforderungen an die Systemzuverlässigkeit ist das Design der gedruckten Schaltung immer eine Herausforderung für die Elektronikingenieure. Die Zusammenarbeit mit den erfahrenen und marktbewährten Wearable-Experten von Thundercomm macht die Entwicklung eines innovativen Wearable-Geräts so einfach wie nie zuvor, um Ihre Anforderungen zu verstehen und zu erfüllen und das Produkt schneller auf den Markt zu bringen. 

NB und LTE-CatM1 die gleichen Sicherheitsstandards und Mechanismen wie die uns bekannten 2G, 3G, 4G (LTE) und 5G Technologien mit SIM-Karten. 

NB- und CatM1 Modems haben deutlich geringere Bereitstellungskosten als die zugegebenermaßen leistungsstärkeren LTE-Cat1-4 Modems.
Aber durch die Wiederverwendung von LTE für NB-IoT werden die Vorteile der vorhandenen Technologie und der installierten Systembasis genutzt. Es ist möglich, die gleiche Hardware wiederzuverwenden und Frequenzen gemeinsam zu nutzen, indem NB-IoT mit LTE kompatibel gemacht wurde, ohne dass es zu Koexistenzproblemen kommt.

Die Vorteile neben niedrigeren Gerätekosten sind begründet:

• Halbduplex (HD) Betrieb
• Nur eine Antenne
• Geringere Spitzenrate
• Reduzierte Gerätebandbreite: bis zu 180kHz im Downlink und Uplink
• Geringerer Speicherbedarf (500kByte)
• Größerer Linkbudget +20dB —> besser Durchdringung in Vergleich zu 2G (GSM) 
• Höhere Skalierbarkeit pro Funkzelle/Basisstation

Die NB- und CatM1 Module unterstützen das TCP/IP Protokoll, aber aufgrund des daraus resultierenden höheren Datenvolumens wird dieses nicht empfohlen zu nutzen. Ebenso können HTTP und HTTPS über die Luftschnittstelle nicht sinnvoll implementiert werden, da sie auf TCP angewiesen sind und zusätzliches Datenvolumen für ihren Overhead erfordern. 
Stattdessen wird nach Möglichkeit eine nicht-IP-basierte Datenübertragung empfohlen, da dadurch die übertragene Datenmenge reduziert wird. Die Daten des Geräts werden dann vom Netzwerk über IP an die Anwendung weitergeleitet. Daten können nur an eine Ziel-IP-Adresse (Server) gesendet werden, wodurch die Sicherheit des Geräts weiter erhöht wird, indem das Betrugsrisiko verringert wird.

Bild 5. Deutsche Telekom Whitepaper Narrowband IoT