アセット トラッキング テクノロジーの総合ガイド

UWBのメリット

• 高精度 – UWB 追跡システムは、雑然とした屋内の産業環境でも、3 次元でセンチメートル レベルの精度を備えています。
• マルチパス干渉に対する耐性 – UWB パルスは非常に短いため、反射パルスが位置の測定に使用される「真の」パルスと干渉する可能性は低くなります。
• 非常に電力効率が良い – 低データ レートの UWB タグは、デューティ サイクルが低くなります。したがって、UWB タグの電力要件は低くなります。

UWBのデメリット

• データと時刻の同期にはケーブル接続が必要 – 高精度を実現するために UWB パルスの TDoA を測定するシステムでは、センサー間の正確なタイミングを同期する必要があり、ケーブル接続が必要です。
• 高価 – UWB システムは RFID システムよりも高価であり、スペースをカバーするセンサーのメッシュとアクティブに電力を供給されるタグが必要です。
• 低い放射制限 – FCC は、UWB 信号強度に低い制限を設けています。たとえば、制限は 10.6GHz で -51.dBm です。これは、システムが展開先の国での使用が認定されていることを確認するために注意が必要であることを意味します。

GPS

GPS はどこにでもあるため、全地球航法衛星システム (GNNS) の独自の同義語になっています。

全地球測位システム (元は Navstar GPS) は、米国宇宙軍が運用する米国政府所有の衛星無線ナビゲーション システムです。GPS タグを使用したアセット トラッキングは、4 つ以上の GPS 衛星への見通し線が遮られていなければ、地球上のどこでも可能です。

GPS やその他の GNNS は、軌道上の衛星ネットワークに基づいて位置を三角測量することによって機能します。これらの衛星は、内部クロックが同期していることを確認するために、常に相互に通信しています。

地上の GPS 受信機がこれらの信号を受信し、それらを使用して各衛星からの距離を計算します。少なくとも 4 つの衛星から距離を測定すると、受信機は三辺測量を使用して正確な位置を特定できます。

GPSの利点

• 追跡された資産のグローバルな可視性。
• 安定した成熟したシステム。
• GPS ベースの資産追跡システムは、資産に GPS タグを追加することで文字通り拡張できます。
• 実質的に干渉なし。

GPSのデメリット

• 屋外でのみ動作します。
• GPS には、少なくとも 4 つの衛星による見通し線が必要です。その結果、GPS は山岳地帯や高層ビルの近くでは信頼できません。
• 高消費電力。
• メーター レベルの精度 – GPS の一般的な精度は 3 ～ 10 メートルです。

Bluetooth 低エネルギー (BLE)

Bluetooth は、多くの屋内測位ソリューションに適用されるユビキタス技術です。BLE は 10 年以上使用されており、その低消費電力により、WiFi や GPS などの他のソリューションよりも優れています。

BLE システムは、ビーコンとハブ デバイスを使用してワイヤレス ネットワークを確立します。

BLE システムは通常、スキャンや検索を必要としません。ほとんどの BLE システム アーキテクチャは、Received Signal Strength Indication ( RSSI ) を利用して、オブジェクトが移動する際に近位のアセットの位置を特定します。さらに、BLE は、到着角度 (AoA) や出発角度 (AoD) などの方法を使用して方向データを計算できます。

利点

• 低消費電力。
• BLE タグは安価に購入できます。
• 1 ～ 3 メートルの精度。
• 読み取り範囲は 30 ～ 80 メートルです。
• 一般的な消費者向けデバイスとのクロス機能。BYOD (Bring Your Own Device) 機能。

短所

• 一部のリアルタイム アプリケーションでは、レイテンシが問題になる場合があります。
• 信号干渉とデータ ポイントの欠落。
• BLE ソリューションは、多くの金属や反射面がある非常に雑然とした環境ではうまく機能しません。
• 可動部品が干渉を引き起こす環境ではうまく機能しません。

RFID

RFID (Radio-Frequency Identification) 技術は数十年前に登場しました。RFID は多くの場合に使用されており、新しい資産追跡技術が展開されても引き続き価値があります。

RFID 技術は長年にわたって進化してきました。タグは小型化と低価格化が進み、安定した規格が出現しました。

RFID ソリューションには、アクティブ RFID とパッシブ RFID の 2 種類があります。アクティブ RFID タグは内部バッテリーによって電力を供給されますが、パッシブ RFID タグは外部リーダーから送信された電力に依存し、安価で貼り付けが簡単なラベルの形を取ることができます。

RFID システムは、電磁リーダーとタグを使用して機能します。RFID タグには、固定およびハンドヘルド RFID リーダーの両方で読み取ることができる識別データが含まれています。インテロゲーターとも呼ばれるリーダーは、どのタグが存在するかを検出できます。

主に、読み取りプロセスはスキャンされているタグを識別します。ただし、このスキャンは他のデータも提供できます。たとえば、戸口スキャナーは、RFID タグがドアの敷居を横切るときにそれを読み取り、時間とタグの位置を記録できます。

RFID 技術は、さまざまな周波数帯域で動作するため、用途が広くなります。

低周波 RFID タグ (125 kHz または 134 kHz) の読み取り範囲は約 10 cm と短く、干渉を受けやすくなっています。

高周波 RFID タグ (13.56MHz) の読み取り範囲は 10cm から 1m で、干渉による影響が少なくなります。

UHF RFID タグ (860MHz から 960MHz) は、約 10m という最も広い読み取り範囲を提供し、低周波または高周波タグよりも干渉による影響が少なくなります。

利点

• デバイスの寿命
• 小さいサイズ
• 低価格タグ・ラベル
• 小さなラジオ署名

短所

• 低精度
• 高価なリーダー
• 手動スキャンが必要な場合がある
• リアルタイムの位置データを提供できません
• 無線信号は傍受されやすい

Wi-Fi

Wi-Fi ベースの資産追跡システムは、既存の Wi-Fi ネットワークを使用して、有効なデバイスの位置を追跡します。精度は他の方法よりも低く (通常は 15 メートル以内)、タグは電力を大量に消費しますが、既存の Wi-Fi ネットワークを使用すると、展開を安価に行うことができ、目立たなくなります。

利点

• リアルタイムの位置追跡
• 必要なデータ ブリッジング システムの数が少ない
• 既存の WiFi ネットワークで動作可能
• 一般的な読み取り範囲は 60 ～ 100 メートルです

短所

• スケーリングしない
• 15 メートル以内の精度のみ
• タグは電力に飢えている
• セキュリティリスク

NFC

近距離無線通信 (NFC) を使用すると、2 つのデバイス (通常はそのうちの 1 つがポータブル デバイス) を 4 cm (1.6 インチ) 以内に近づけることで通信できます。

スマートフォン、タブレット、ラップトップなどの NFC 対応デバイスは、NFC タグを読み取ることができます。NFC タグは、ラベルやステッカーに埋め込まれていることがよくあります。

NFC と Bluetooth はどちらも短距離テクノロジですが、NFC はいくつかの重要な点で Bluetooth と異なります。

Bluetooth とは異なり、NFC は手動構成に依存せず、2 つの NFC 対応デバイスを 10 分の 1 秒未満で自動的に接続できます。

NFC の最大データ転送速度は 424 kbit/s ですが、Bluetooth の最大データ転送速度は 2.1 Mbit/s で、NFC の 5 倍です。

利点

• NFC タグは、携帯電話、タブレット、ラップトップなどの NFC 対応の消費者向けデバイスで読み取ることができます。
• 素早いセットアップ時間
• 安価なタグ
• 作動距離が短いため、NFC は高密度アプリケーションに適しています
• 既存のパッシブ RFID インフラストラクチャとの互換性

短所

• 短い読み取り範囲
• 2D または 3D 空間でアセットの位置を追跡するために使用することはできません

LPWAN

低電力 WAN (LPWAN) は、低帯域幅のバッテリ駆動デバイス向けに設計されたワイヤレス ワイドエリア ネットワーク テクノロジです。LPWAN は低ビット レートで長距離接続を提供するため、産業用モノのインターネット (IIoT) に最適です。

その電力効率の高い設計により、LPWAN トランシーバーは小型で安価なバッテリーで 10 年以上動作することができます。

LPWAN のプロトコルはシンプルで軽量であるため、ハードウェア設計の複雑さが軽減され、デバイスのコストが削減されます。その長距離とスター トポロジーにより、高価なインフラストラクチャ要件が軽減され、ライセンス不要の無線帯域により、ネットワーク コストがさらに最小限に抑えられます。

LPWAN は、他のほとんどのアセット トラッキング テクノロジーよりも多くのデバイスと広いエリアをサポートします。最大 200 Kbps のアップリンク速度で 10 バイトから 1 キロバイトのパケット サイズを処理できます。

低コスト、少ない電力要件、および長距離により、LPWAN は IIoT およびマシン ツー マシン通信に最適です。

利点

• 都市部の数キロメートルから地方の数十キロメートルまでの長距離ワイヤレス接続
• 大規模な展開に使用できます
• タグのバッテリー寿命は長い
• 屋内と屋外のカバレッジに使用できます

短所

• 低いデータ転送速度
• 展開するネットワークが必要

セルラーポジショニング

セルラー アセット トラッキングは、セルラー ネットワークを使用して資産の位置を追跡する技術です。セルラー資産追跡システムは、GPS とセルラー ネットワークの組み合わせを使用して、追跡された資産のリアルタイムの位置データを提供します。ただし、セルラー追跡は、多くの場合、GPS なしで使用されます。

セルラー資産追跡システムは、フリート管理や大規模で価値の高い資産の追跡によく使用されます。これらのシステムは通常、2G、3G、または 4G セルラー ネットワークを使用して位置データを提供します。

セルラー追跡は、あまり正確ではありませんが、GPS レベルの精度が必要ない大きな資産を追跡するために使用されます。

セルラー追跡は、商用のセルラー インフラストラクチャに便乗しているため、信頼性の高いテクノロジです。商用セルラー業界の標準、ユビキタス、および稼働時間により、セルラー資産追跡は魅力的な追跡技術になっています。

利点

• 長距離およびグローバルリーチ
• 標準化

短所

• セルラータグは電力を消費します
• 動作するにはサードパーティのセルラー インフラストラクチャが必要です
• 低精度
• 屋内や地下では信頼できない

5G

セルラー技術の使用は、資産追跡業界にとって目新しいものではありません。2G、3G、および 4G テクノロジーは、資産追跡に長年使用されてきました。ただし、5G 接続にはいくつかの独自の利点があります。

5G は、信頼性の向上、遅延の減少、および高帯域幅を提供し、安全性が最優先またはプロセスが重要なさまざまな新しい機会への扉を開きます。

低遅延で高帯域幅のネットワークは、倉庫での無人搬送車 (AGV) の制御、スマート ファクトリでのロボット間のリアルタイム通信、品質管理のための人工知能によるライブ ビデオのストリーミングなどのアプリケーションに適しています。

将来の 5G リリースでは、5G システムの測位精度が向上すると予想されます。これは、組織が通信とデータ転送のためにプライベート 5G ネットワークの展開を検討している産業用アプリケーションに役立ちます。

デュアル モード デバイス

デュアルモードの資産追跡では、2 つの資産追跡テクノロジを使用して資産を追跡します。デュアルモード アセット トラッキングは、屋内環境と屋外環境の間を移動するアセットとプロセスを追跡するため、または追跡精度を向上させるためによく使用されます。

一般的なデュアルモードまたはマルチモード トラッキングは、UWB、GPS、BLE、RFID などのテクノロジーを組み合わせたものです。

どの資産追跡テクノロジーを使用する必要がありますか?

最適な資産追跡テクノロジは、追跡する資産の種類、必要な精度、展開のサイズ、追跡環境、予算などの要因によって異なります。アセット トラッキング テクノロジーを選択する際には、次の点を考慮する必要があります。

• 必要な位置データの精度 (サブメートル、ゾーン、またはプレゼンス)
• 位置情報の更新率 (リアルタイムから不定期)
• 追跡される寸法 (1D、2D、または 3D)
• 追跡された資産の数
• 資産または資産が追跡されるプロセスの重要度
• 資産価値
• 物理的環境
• 導入の容易さ
• システムのコスト

最適なアセット トラッキング テクノロジーの選択に関するより包括的な概要については、適切なアセット トラッキング テクノロジーの選択に関するガイドを参照してください。