Vergleich der Positionsbestimmungstechnologien LoRaWAN-Geolokalisierung und GPS

LoRaWAN Geolokalisierung

GPS

GPS ist ein Positionsbestimmungssystem, wobei ein GPS-Gerät (Endgerät) Satellitendaten empfängt und anhand der Signallaufzeiten die Positionskoordinaten selber bestimmen kann. Diese Position wird dann direkt auf dem Endgerät dargestellt oder über eine zusätzlich integrierte Funk-Schnittstelle an eine Zentrale oder eine Cloud weitergeleitet. Anhand dieser Daten kann der Benutzer die Position von mehreren Endgeräten auf einer Karte wie z.B. Google Maps darstellen. 

Die Genauigkeit liegt üblicherweise bei ca. 2m bis 13m. Genauigkeiten unter 2m sind mit viel Aufwand (Differential-GPS) erreichbar. Für eine genaue Positionsbestimmung müssen die Daten von mindestens 4 Satelliten empfangen werden, wobei der Empfang nur im Outdoor-Bereich zuverlässig funktioniert. Im Indoor-Bereich müssen andere Positionsbestimmungstechnologien eingesetzt werden. 

Der Energieverbrauch für eine GPS-Positionsbestimmung auf dem Endgerät ist relativ hoch. Daher eignet sich die GPS-Technologie hauptsächlich für nicht batteriebetriebene Geräte (z.B. Fahrzeuge) oder akkubetriebene Geräte die täglich neu geladen werden können (z.B. Mobiltelefone). Für die regelmässige Positionsbestimmung von Geräte mit einer langen Batterielebensdauer ist GPS nicht geeignet.

LoRaWAN-Geolokalisierung

Die Positionsbestimmung über das LoRaWAN Netzwerk wurde so konzipiert, dass die grossen Nachteile der GPS-Technologie wie z.B. der Energieverbrauch, die fehlende Indoor-Abdeckung und die hohen Materialkosten pro Gerät optimiert wurden. Jedoch gibt es den Kompromiss, dass die Genauigkeit der Positionen nicht mit der GPS-Technologie mithalten kann, wobei aber eine massiv bessere Genauigkeit als mit der Mobilfunknetzortung erreicht wird. 

Die Positionsberechnung der Endknoten im LoRaWAN-Netzwerk wird nicht auf den Endknoten selber, sondern auf dem Netzwerkserver ausgeführt. Dazu sind lediglich normale Funkdatenübertragungen vom Endknoten zum Gateway bzw. zur Cloud nötig. Anhand der Signalstärken, der Signallaufzeiten und den definierten Positionen der Gateways kann der Netzwerkserver mit einer LoRaWAN-Geolokalisierung die Position vom Endknoten berechnen und dem Benutzer für die Visualisierung zur Verfügung stellen. Im Vergleich zur GPS Positionsbestimmung wird so vom Endknoten keine zusätzliche Energie für die Positionsbestimmung benötigt. Dadurch sinkt der Energieverbrauch massiv, wodurch die Technologie auch für batteriebetriebene Geräte, von welchen regelmässig die Position bestimmt werden soll, gut geeignet ist. Zusätzlich entfallen bei jedem Endknoten die Kosten für die verhältnismässig teuren GPS-Empfängermodule, wodurch kostengünstige Endknoten realisiert werden können. 

Da LoRaWAN-Gateways auch Indoor-Bereiche abdecken können, funktioniert die Positionsbestimmung auch in Innenräumen. Dank der Auswertung der Signallaufzeiten hat die Durchdringung von Wänden einen kleineren Einfluss auf die Positionsgenauigkeit als bei Technologien welche nur die Signalstärke auswerten. Trotzdem müssen Indoor oder auch in urbanen Umgebungen im Vergleich deutlich mehr Gateways verwendet werden um eine ähnliche Genauigkeit wie im freien Gelände zu erreichen. 

Wie bereits erwähnt kann die LoRaWAN-Geolokalisierung bei der Positionsgenauigkeit nicht mit der GPS-Technologie mithalten. Die Genauigkeit bei der Positionsbestimmung beträgt zwischen 20m und 200m. Je mehr Funktelegramme von derselben Position aus gesendet werden und desto mehr Gateways einen Endknoten empfangen können, desto genauer wird das Ergebnis. Somit eignet sich diese Technologie am Besten für stationäre Anwendungen. 

Ist die öffentliche LoRaWAN Abdeckung an einem Standort nicht gegeben, kann das Problem selber mit der Installation von einem oder mehreren zusätzlichen Gateways behoben werden. So können z.B. grosse Firmengelände im Outdoor- und Indoor-Bereich komplett mit einer Ortungstechnologie abgedeckt werden, was bisher meistens nur mit der Kombination von mehreren Ortungstechnologien und entsprechend höheren Kosten möglich war. 

Grundsätzlich eröffnet die LoRaWAN-Lokalisierung mit geringem Energieverbrauch zahlreiche neue Möglichkeiten wie z.B.

• Smart Cities: Freie Parkplätze anzeigen
• Smart Agriculture: Überwachung von Pflanzen und Feldern
• Waren-Tracking: Tracking von Waren über eine gesamte Lieferkette
• Geofencing: Alarm falls ein bestimmter Bereich verlassen wird
• usw.

Wir sind überzeugt, dass die LoRaWAN-Geolokalisierung besonders dank der Low-Power Eigenschaften ein enormes Potential hat. Gerne unterstützen wir Sie mit unserem Funk Know-How bei der Umsetzung von Ihrem nächsten Lokalisierungsprojekt. Wir freuen uns auf Ihre Anfrage.