רכיבי קביעת מיקום Wi-Fi®‏ מפצים על הפערים של GNSS‏ וסלולר עבור יישומי קביעת מיקום

שירותים מבוססי-מיקום יכולים להוות יתרון רב-עוצמה בניהול נכסים, אך לעתים קרובות הם מגיעים עם קנס משמעותי בהתרוקנות הסוללה העלולה למעשה לשתק כמה יישומי IoT. מערכת לווייני ניווט עולמית (GNSS) והטווח הרחב של שירותי סלולר מספקים אמצעים קלים יחסית לקביעת המיקום הגיאוגרפי של התקנים. עם זאת, אלה מגיעים עם פערי כיסוי וביצועים שניתן להשלים או, במקרים מסוימים, להחליף בטווח ההולך וגדל של רשתות Wi-Fi.

תקן הזהב עבור מעקב אלחוטי הוא מערכת המיקום העולמית (GPS), המופעלת על ידי ארה"ב ומהווה חלק ממערכת GNSS הכוללת מספר מערכות ניווט לווייניות אזוריות. עם זאת, מודם GPS יכול לקחת מספר דקות מהתחלה קרה ועד ל"זמן לתיקון ראשון" (TTFF), כל זאת תוך ניצול משמעותי של קיבולת הסוללה. חסימות קו ראייה בין לוויינים ומקלטים, כולל קירות של בניינים, עשויות גם כן להפריע.

ניתן להשתמש בתחנות בסיס סלולריות קבועות גם עבור יישומי "איתור". סריקת מיקום סלולרית משתמשת בצריכת הספק קטנה יותר מאשר עם GPS/GNSS, אך היא פחות מדויקת. קביעת מיקום סלולרית עשויה להיות לא מדויקת במאות או אפילו אלפי מטרים, בהתאם לסוגי המגדלים הסלולריים שבהם משתמשים. היעדר דיוק זה עשוי להיות קריטי עבור יישומים כמו מעקב נכסים במחסנים גדולים או בספינות מכולות באוקיינוס, למשל.

Wi-Fi יכול להיות מדויק יותר לעומת מיקום סלולרי ועם יעילות הספק דומה כמעט. ה-Service Set Identifier‏ (SSID‏), ייחודי עבור כל רשת Wi-Fi‏, וה-Basic Service Set Identifier‏ (BSSID‏), ייחודי עבור כל התקן גישה, מעניקים אפשרות מיקום אטרקטיבית, אך מרבית המעגלים המשולבים של Wi-Fi‏ אינם ממוטבים עבור המשימה והם בדרך כלל יקרים, מגושמים וצמאי-הספק.

Nordic Semiconductor‏ מספקת רכיבים שהמהנדסים יכולים להשתמש בהם כדי ליצור יישומים גמישים המסתמכים על שילובים של טכנולוגיות אלחוט, כמו גם שירות מבוסס ענן, כדי לפתור בעיות ביצועים וכיסוי.

הערך של קביעת מיקום באמצעות Wi-Fi

קביעת מיקום יכולה להעשיר יישומים רבים, כולל חיישנים ביתיים מוזני-סוללות, מנטרי בריאות והתקני כושר גופני, מעקב נכסים תעשייתי וחיישני סביבה, ניהול מלאי קמעונאי והתקני נקודות מכירה.

בין מקרי השימוש המובילים, עסקים יכולים לעקוב אחר מיקום הנכסים כדי לייעל את ניהול שרשרת האספקה והלוגיסטיקה - התקנים לבישים יכולים להתריע בפני צוותים רפואיים על בעיות בריאות, קמעונאים ובנקאים יכולים לזהות ולהפחית שימושי הונאה בכרטיסי אשראי, ומפעילי ניהול צי יכולים לעקוב אחר רכביהם בזמן-אמת. הסתמכות על טכנולוגיה אלחוט אחת בלבד עלולה להיות בעייתית במקרה של התקנים שאינם מקובעים למיקום אחד, מכיוון של-GPS, סלולר ו-Wi-Fi יש חוזקות ומגבלות.

Wi-Fi הוא פתרון פשוט וחסכוני לקביעת מיקום במקרים שבהם רשתות ונקודות גישה הן זמינות ונגישות. מרבית התקני Wi-Fi משלבים סוג כלשהו של קביעת מיקום, עם הבדלים גדולים בנצילות ההספק ובדיוק המימושים.

ארגון Wi-Fi Alliance נקט צעדים כדי לקדם את היכולות הללו ולהבטיח יכולת פעולה הדדית הודות לתוכנית Wi-Fi CERTIFIED Location‏ שלהם המשלבת את תקן IEEE 802.11mc‏. תוך שימוש בפרוטוקול Fine Timing Measurement‏ (FTM‏), נקודות גישה וכרטיסי LAN אלחוטי התואמים עם Wi-Fi CERTIFIED Location, ניתן לדעת את המיקום בדיוק של מטר אחד, כל עוד נקודת הגישה (AP‏) ל-Wi-Fi יודעת את מיקומה המדויק.

עם זאת, המהנדסים זקוקים לרכיבים קומפקטיים וחסכוניים יותר באנרגיה כדי ליצור יישומי קביעת מיקום חסכוניים. צריכת הספק יעילה הממקסמת את חיי הסוללה היא חיונית עבור התקני IoT וחיישנים רבים. Nordic מציעה פורטפוליו של רכיבים עבור מינוף Wi-Fi ואפשרויות קביעת מיקום אחרות כדי לשפר את החיבוריות של אקוסיסטם IoT‏.

מלווה אלחוט

ה-nRF7000‏ (איור 1) הוא IC מלווה אלחוט הממוטב עבור יישומי הספק אולטרה-נמוך כדי להבטיח נצילות הספק מקסימלית. הוא אינו שולח נתונים, אלא מספק יכולות סריקה אקטיבית ופסיבית עבור מארח מערכת-על-שבב (SoC), יחידת הגנת זיכרון (MPU‏) או יחידת מיקרו-בקר (MCU) עבור קביעת מיקום Wi-Fi.

איור 1‏: IC‏ מלווה Wi-Fi 6‏ בהספק נמוך nRF7000‏ עבור יישומי קביעת מיקום Wi-Fi‏. (מקור התמונה: Nordic Semiconductor‏)

ה-nRF7000 יכול לסרוק גם את פסי תדר ה-Wi-Fi הן GHz‏ 2.4‏ והן GHz‏ 5‏, והוא מממש את שכבת PHY וחלקים משכבת ה-MAC למטרה זו. הוא מחובר למיקרו-בקר מארח או למעבד יישומים - שעליו פועל יישום המשתמש - באמצעות QSPI‏ (6-חוטים) או SPI‏ (4-חוטים) עבור הנתונים, ו-3-חוטים או 4-חוטים ממשק בקרת קיום-משותף עבור מארחים הכוללים רדיו Bluetooth® LE‏/IEEE 802.15.4‏.

ה-nRF7000 הוא גרסה מזוקקת של IC מלווה נוסף nRF7002‏ הכולל רדיו GHz‏ 2.4‏ ו-GHz‏ 5‏ משולב כדי לספק שבב מארח נוסף עם חיבוריות נתונים Wi-Fi 6 ישירה, כמו גם יכולות קביעת מיקום. קיים גם ה-nRF7001‏ המספק רדיו GHz‏ 2.4‏ פס-תדרים יחיד. שניהם מתאימים עבור הוספת יכולות Wi-Fi 6 מודרניות למערכות קיימות של Bluetooth® Low Energy‏, ®Thread‏ או ®Zigbee‏.

למרות שכל אחד מהתקנים אלו יכול להיות מחובר למארחים שאינם של Nordic‏, החברה אומרת שעם פלטפורמת nRF Cloud‏ שלה, היא יכולה לספק "פתרון קביעת מיקום סיליקון-לענן" עם רכיבים התומכים ב-Wi-Fi, סלולר ומיקום GNSS‏.

השגת מיקום Wi-Fi‏ עם nRF7000‏

היצע מערכת-בתוך-מארז (SiP‏) סלולר סדרת nRF91‏ של Nordic‏, כגון NRF9160-SICA-B1A-R7‏ (איור 2‏), מיועד כהתקני מארח Nordic‏ מועדפים עבור nRF7000/7100/7200 ICs‏ (סדרת nRF70‏). אלה משלבים מעבד יישומים ומודם רב-אופנים במארז קומפקטי של 10‏ x‏ 16‏ x‏ 1.04 מ"מ התומך ב-LTE-M‏, NB-IoT‏, GNSS‏, קצה-קדמי RF‏ (RFFE‏) וניהול הספקת-כוח. מארחים מועדפים נוספים הם SoCs‏ רבי-פרוטוקולים Bluetooth‏ סדרות nRF52‏ ו-nRF53‏ של Nordic‏.

איור 2‏: ה-SiP‏ nRF9160‏ עם מודם LTE-M/NB-IoT‏ ו-GNSS‏ משתלב עם ה-nRF7000‏ כדי לספק יישומי קביעת מיקום חלקים המשלבים W. (מקור התמונה: Nordic Semiconductor‏)

ה-nRF7000 בשילוב עם ה-nRF91 מספקים תיקוני מיקום מדויקים של קביעת מיקום Wi-Fi ביישומי פנים וחוץ ומשלימים ל-GNSS ולסלולר. כאשר מגדירים את תצורת שירות קביעת מיקום Wi-Fi‏, ההתקן יכול באופן אקטיבי או פסיבי להתחיל לחפש נקודות גישה Wi-Fi‏ קרובות, ולאסוף נתונים על ה-SSIDs‏, BSSIDs‏ ועוצמת האותות.

באמצעות מידע מה-IC הנלווה, ה-nRF91 יכול להעביר מידע נקודת גישה (AP‏) ל-nRF Cloud‏, המשתמש במסד נתונים Wi-Fi של מיקומים ידועים כדי לקבוע מיקום מדויק ביחס לפחות שני APs קרובים, מבלי שההתקן יצטרך להתחבר אליהם. שירות הענן יכול לאחר מכן לשלוח את המיקום בחזרה להתקן או לכל מקום בו יש צורך במידע. לאחר קביעת המיקום, ההתקן יכול להיכנס למצב של צריכת הספק נמוכה כדי לחסוך בהספק הסוללה.

ה-nRF Cloud‏ מספק את האפשרויות החלופיות הבאות עבור קביעת המיקום:

• Assisted GNSS‏ (A-GPS) מאפשר TTFF‏ מהיר יותר
• GNSS חזוי יספק עד שבועיים של נתוני לוויין חזויים כדי להפחית את התדירות של בקשות לנתוני סיוע חדשים
• מיקום תא יחיד (SCELL‏) כדי לספק מיקומים גסים על בסיס התא הקרוב ביותר, תוך ביטול הצורך במקלט GNSS
• מיקום רב-תאים (MCELL‏) מספק גם מיקום מדויק יותר אך עדיין גס תוך שימוש בתא הקרוב ביותר ובתאים שכנים

כל אחד מתהליכי המיקום הללו בענן nRF מספק מאפיינים שונים עבור דיוק המיקום וצריכת ההספק. לפי Nordic‏, Wi-Fi מספק דיוק מיקום של 5 מטר עד 15 מטר, בהשוואה ל-5 מטר עד 10 מטר עם GNSS‏, 200 מטר עד 300 מטר עם סלולר רב-תאים, ו-1,000 מטר עם תא יחיד. השיהוי (Latency‏) הוא הנמוך ביותר עבור סלולר בפחות משנייה אחת, בעוד שלוקח מספר שניות עבור GNSS‏ ו-Wi-Fi‏ כאחד. בדיקות צריכת ההספק שנערכות על ידי Nordic‏ הראו יתרון קל לסלולר ב-mC‏ 122.48, בהשוואה ל-mC‏ 125.85 עבור Wi-Fi‏ ו-mC‏ 316.71 עבור GNSS‏ בשימוש ב-A-GPS‏.

Nordic מציעה מספר כלים, כולל סביבת פיתוח תוכנה nRF Connect SDK‏ עבור כל התקני סדרת nRF70, כמו גם ערכת הפיתוח nRF7002 EK‏ שני פסי-תדר (איור 3) בפורמט לוח Shield‏ של Arduino‏. הערכה משלבת את ה-nRF7002 ויכולה לבצע אמולציה הן של nRF7000 והן של nRF7001, וניתן לשלב אותה עם ערכת הפיתוח nRF9160 DK ליצירת יישומים המשתמשים בסדרת nRF70‏.

איור 3: ערכת ההערכה nRF7002-EK כוללת nRF7002 ויכולה לבצע אמולציה הן של nRF7000 והן של nRF7001. (מקור התמונה: Nordic Semiconductor‏)

סיכום

עם סדרות nRF7000 ו-nRF91‏, Nordic‏ מאפשרת למפתחים ליצור פתרונות IoT היכולים למנף מספר טכנולוגיות אלחוט עבור שירותי קביעת מיקום. המוצרים מציעים ביצועים גבוהים, צריכת הספק נמוכה ואפשרויות אינטגרציה גמישות עבור מגוון רחב של יישומים היכולים להחליף בצורה חלקה בין אפשרויות קביעת מיקום.