DE102017001570A1

DE102017001570A1 - Asset Tracking - Detectable devices

Info

Publication number: DE102017001570A1
Application number: DE102017001570.8A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Favendo GmbH
Current assignee: Favendo GmbH
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2018-08-23

Abstract

Smartes Asset Tracking durch drei Komponenten (Hardware/ Empfänger/ Server) für jeden beliebigen beweglichen Gegenstand durch verschiedene Funkeinheiten (z.B. Bluetooth, RFID, NFC etc.) mit der Möglichkeit den genauen Standort und die Laufzeit des Gegenstandes zu ermitteln.Smart asset tracking through three components (hardware / receiver / server) for any moving object through different radio units (e.g., Bluetooth, RFID, NFC, etc.) with the ability to determine the exact location and duration of the item.

Description

Problemproblem

Angabe der Wirkungen, die mit der Erfindung erzielt werden sollenIndication of the effects to be achieved with the invention

Heute werden mobile Geräte und Werkzeuge eingesetzt, um die Erbringung einer Tätigkeit an verschiedenen Arbeitsorten mit einer gewissen Präzision, einer hohen Geschwindigkeit und der Einsparung von Arbeitskraft zu realisieren. Die Geräte besitzen meist einen hohen Wert, so dass ein Verlust oder die Nichtnutzung einen enormen wirtschaftlichen Schaden nach sich zieht. Solche Geräte kommen beispielsweise in der Bau-, verarbeitenden Industrie oder aber auch im medizinischen Umfeld zum Einsatz. Hier ist es wichtig zu wissen, wo ein Gerät ist und in welchem Zustand es sich befindet. Zudem möchte man sicherstellen, dass solche Geräte nur von autorisiertem Personal benutzt werden.Today, mobile devices and tools are used to accomplish an activity in different workplaces with a certain precision, high speed, and manpower savings. The devices usually have a high value, so that a loss or non-use causes enormous economic damage. Such devices are used for example in the construction, processing industry or even in the medical environment. Here it is important to know where a device is and in what state it is. In addition, one wants to make sure that such devices are only used by authorized personnel.

Ein Fallbeispiel soll die Vorteile verdeutlichen: Einsatz bei Spezialgeräten einer Baufirma. Die Geräte sind alle mit dem oben erwähnten Chip ausgestattet. Auf einer serverseitigen Datenbank ist das jeweilige Gerät mit dem zugeordneten Chip und dem autorisiertem Personal abgelegt. Der Mitarbeiter prüft vor der Abfahrt zum Arbeitsort mithilfe eines Smartphones, ob das Baufirmenfahrzeug mit allen Geräten (Soll-Geräten) bestückt ist, die für die Erfüllung des Auftrags nötig sind. Das Smartphone empfängt vom Server alle IDs der Soll-Geräte. Anschließend ermittelt das Smartphone alle Geräte-IDs in der unmittelbaren Umgebung und vergleicht diese mit den IDs der Soll-Geräte. Falls Soll-Geräte fehlen, teilt das Smartphone dem Mitarbeiter dies mit. Zudem kann das Smartphone die letzte bekannte Position eines fehlenden Geräts beim Server anfragen. Auf diese Art und Weise kann sichergestellt werden, dass das Baufirmenfahrzeug bei Abfahrt zum Einsatzort auftragsgerecht bestückt ist. Wird das Gerät außerhalb einer definierten Zeit und Zone bewegt, kann es automatisch außer Betrieb gesetzt werdenA case study should illustrate the advantages: Use with special equipment of a construction company. The devices are all equipped with the above-mentioned chip. On a server-side database, the respective device is stored with the associated chip and the authorized personnel. Before leaving the workplace, the employee uses a smartphone to check whether the construction company vehicle is equipped with all the devices (target devices) required to complete the job. The smartphone receives from the server all IDs of the target devices. The smartphone then determines all device IDs in the immediate environment and compares them with the IDs of the target devices. If target devices are missing, the smartphone tells the employee this. In addition, the smartphone can request the last known position of a missing device at the server. In this way it can be ensured that the construction company vehicle is equipped to order on departure to the job site. If the device is moved beyond a defined time and zone, it can be automatically disabled

Stand der TechnikState of the art

Heutzutage existieren diverse Technologien, die zur Ortung von Geräten eingesetzt werden können. Diese finden beispielsweise Anwendung bei Fahrzeugen, Containern, Smartphones und sogar bei Personen.Today there are various technologies that can be used to locate devices. These are used, for example, in vehicles, containers, smartphones and even in people.

Satellitenbasierte Ortung mit Systemen wie GPS, GLONASS oder Galileo sind ein weitverbreiteter Ansatz zur Positionsbestimmung und Navigation im Außenbereich. Hierfür ist eine direkte Sichtverbindung zwischen dem zu ortenden Gegenstand und mindestens vier Satelliten nötig. Ist der Empfang der Satellitensignale eingeschränkt oder gar nicht möglich, ist eine Ortung nicht durchführbar. Eine Positionsbestimmung in Gebäuden kann mit dieser Technologie nicht realisiert werden, da innerhalb eines Gebäudes das Satellitensignal meist zu schwach ist und keine direkte Sichtverbindung zu den Satelliten besteht. Da Geräte sich häufig in Gebäuden befinden und hier zum Einsatz kommen, ist die satellitenbasierte Ortung zum Wiederauffinden von Geräten keine geeignete Technologie.Satellite-based positioning with systems such as GPS, GLONASS or Galileo is a widespread approach to positioning and navigation in the field. This requires a direct line of sight between the object to be located and at least four satellites. If the reception of the satellite signals is limited or not possible, a location is not feasible. A position determination in buildings can not be realized with this technology, since within a building the satellite signal is usually too weak and there is no direct line of sight to the satellites. Since devices are often located in buildings and are used here, satellite-based locating to retrieve devices is not a suitable technology.

In den vergangenen Jahren wurden viele Ansätze zur Ortung in Gebäuden entwickelt. Diese basieren meist auf Funktechnologien wie RFID, WLAN oder Bluetooth. Hierbei wird die Signalstärke der ausgesendeten Funksignale gemessen, um mittels Triangulations- oder Fingerabdruckverfahren die Position in einem Gebäude zu schätzen.In recent years, many approaches have been developed for locating in buildings. These are usually based on wireless technologies such as RFID, WLAN or Bluetooth. In this case, the signal strength of the transmitted radio signals is measured in order to estimate the position in a building by means of triangulation or fingerprinting methods.

RFID (Radio Frequency Identification) ist eine häufig eingesetzte Technologie zur berührungslosen Erkennung von Gegenständen oder Personen. Die Daten sind dabei auf einem Transponder gespeichert, der aus einem Mikrochip und einer damit verbundenen Antenne besteht. Die Datenübertragung erfolgt mittels elektromagnetischer Wellen zu einem Lesegerät. Durch den Einsatz Radiowellen muss kein direkter Sichtkontakt zum Lesegerät bestehen. Man unterscheidet grundsätzlich zwischen aktiven und passiven Transpondern. Bei aktiven Transpondern erfolgt die Energieversorgung durch eine integrierte Batterie. Passive Transponder werden durch die Antenne des Lesegeräts mit Strom während der Datenübertragung versorgt (induktive oder kapazitive Kopplung). Die Mehrzahl der heute eingesetzten RFID-Systeme verwenden passiven Transponder mit einer Reichweite zum Lesegerät von bis zu einem Meter (Remote Coupling). Long-Range-RFID-Systeme verwenden aktive Transponder und haben eine Reichweite von einem bis zu zehn Metern. Aufgrund ihrer begrenzten Funkreichweite ist RFID zum Orten von Geräten in Hallen und großflächigen Räumen keine geeignete Lösung.RFID (Radio Frequency Identification) is a commonly used technology for the non-contact detection of objects or persons. The data is stored on a transponder consisting of a microchip and an antenna connected to it. The data transfer takes place by means of electromagnetic waves to a reader. The use of radio waves does not require direct visual contact with the reader. Basically, a distinction is made between active and passive transponders. With active transponders, the power is supplied by an integrated battery. Passive transponders are supplied with power during data transmission by the antenna of the reader (inductive or capacitive coupling). The majority of RFID systems in use today use passive transponders with a range of up to one meter to the reader (remote coupling). Long-range RFID systems use active transponders and have a range of one to ten meters. Due to its limited radio range, RFID is not a suitable solution for locating devices in halls and large rooms.

WLAN (Wireless Local Area Network) umfasst im Allgemeinen eine Reihe von drahtlosen Kommunikationsmethoden, die im gemeinsamen Standard IEEE 802.11 zusammengefasst sind. Dabei dient diese Funktechnologie vorrangig dazu, Computer drahtlos zu vernetzen und einen Datenaustausch zwischen diesen zu ermöglichen. WLAN wird heute aber auch verstärkt zur Ortsbestimmung in Gebäuden eingesetzt. Solche Systeme werden von Unternehmen wie infsoft angeboten. Dieser Ortungsansatz besitzt den Vorteil, dass eine bereits bestehende WLAN-Infrastruktur in einem Gebäude genutzt werden kann und eine Reihe von technischen Geräten eine WLAN unterstützen. Abhängig von dem konkreten Gebäude und der Komplexität der WLAN-Infrastruktur kann eine Ortungsgenauigkeit von fünf bis 15 Metern erreicht werden. Dieser Ansatz hat neben seiner Ortungsungenauigkeit den Nachteil, dass das initiale Aufsetzen einer WLAN-Infrastruktur kostenintensiv ist.Wireless Local Area Network (WLAN) generally includes a number of wireless communication methods that are summarized in the IEEE 802.11 common standard. This radio technology is primarily used to wirelessly network computers and to allow data exchange between them. WLAN is also increasingly used today for determining the location in buildings. Such systems are offered by companies such as infsoft. This positioning approach has the advantage that an existing WLAN infrastructure can be used in a building and a number of technical devices support a WLAN. Depending on the specific building and the complexity of the WLAN infrastructure, a location accuracy of five to 15 meters can be achieved. This approach has in addition to his Location inaccuracy has the disadvantage that the initial setup of a WLAN infrastructure is costly.

Bluetooth ist ein Standard zur drahtlosen Übermittlung von Sprache und Daten über kurze Strecken. Mit der energiesparenden Variante BLE (Bluetooth Low Energy) wird diese Technologie in zunehmenden Maße zur Positionsbestimmung eingesetzt. Hierfür kommen BLE-Sender - sogenannte Beacons - zum Einsatz. Diese meist batteriebetriebenen Sender emittieren periodisch kurze Pakete auf drei möglichen Funkkanälen. Je nach gewählter Sendeleistung kann eine Reichweite von zehn bis zu 50 Metern in Gebäuden erreicht werden. Im Paket sind neben Informationen zur Identität des Senders auch die Referenz-Sendeleistung bei einem Meter Distanz angegeben, so dass ein Empfänger des Paketes in die Lage versetzt wird, die Distanz zum Sender abzuschätzen. Aus der gleichzeitigen Beobachtung verschiedener BLE-Sender und dem Wissen über deren Position kann die Position eines Signal-Empfängers ermittelt werden. Dabei können Ortungsgenauigkeiten von bis zu einem Meter erzielt werden. Aufgrund der geringen Herstellungskosten, dem reduzierten Energieverbrauch und der hohen Positionierungsgenauigkeit ist diese Technologie zur Ortung von Geräten geeignet.Bluetooth is a standard for wireless transmission of voice and data over short distances. With the energy-saving variant BLE (Bluetooth Low Energy), this technology is increasingly used for position determination. For this purpose, BLE transmitters - so-called beacons - are used. These mostly battery-powered transmitters periodically emit short packets on three possible radio channels. Depending on the selected transmission power, a range of ten to 50 meters in buildings can be achieved. In addition to information on the identity of the transmitter, the packet also specifies the reference transmission power at a distance of one meter, so that a receiver of the packet is enabled to estimate the distance to the transmitter. From the simultaneous observation of different BLE transmitters and the knowledge of their position, the position of a signal receiver can be determined. Locating accuracies of up to one meter can be achieved. Due to the low manufacturing costs, the reduced energy consumption and the high positioning accuracy, this technology is suitable for locating devices.

Derzeit existiert eine Reihe von Geräten auf dem Markt, um den Zustand eines anderen Gerätes zu ermitteln. Solche Diagnosegeräte sind beispielsweise in der Fahrzeugindustrie weitverbreitet, um den Zustand des Motors oder elektronischer Komponenten zu bestimmen. Diese arbeiten aber meist nicht drahtlos.Currently, a number of devices exist on the market to determine the condition of another device. Such diagnostic devices are widely used, for example, in the automotive industry to determine the condition of the engine or electronic components. But most of them do not work wirelessly.

Insgesamt ist dem Antragsteller keine Vorrichtung bekannt, die in der Lage ist, ein Gerät sowohl zu orten als auch den Gerätezustand zu ermitteln.Overall, the applicant is not aware of a device that is capable of both locating a device and determining device health.

Lösungsolution

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch aufgeführten Merkmale gelöst.This problem is solved by the features listed in the claim.

Unsere Innovation besteht darin, eine Lösung mit einem Produkt - unter Anwendung neuster Technologien - für möglichst viele assetrelevante Problemstellungen zu entwickeln. Wir verwenden den Begriff Asset als Überbegriff für bewegliche Dinge.Our innovation is to develop a solution with one product - using the latest technologies - for as many assertive issues as possible. We use the term asset as an umbrella term for moving things.

Zu den wichtigsten Problemstellungen zählen:

• das Asset-Tracking (Positionsbestimmung, Navigation zum Asset)
• Autorisierung (Zugriff nur für autorisierte Personen)
• Überwachung (Alarme und Benachrichtigungen bei nicht autorisierten Assetbewegungen)
• Analyse (Laufleistung und Bewegungswege).

The most important problems include:

• the asset tracking (position determination, navigation to the asset)
• Authorization (access only for authorized persons)
• Monitoring (alarms and notifications for unauthorized asset movements)
• Analysis (mileage and movement paths).

Die Erfindung setzt sich aus drei Komponenten zusammen: Einer Hardware-Komponente, einem Empfänger und einem Server.The invention consists of three components: a hardware component, a receiver and a server.

Die Hardware ist ein Chip, der im elektrischen Anschlusskabel des Gerätes integriert ist. Durch die feste Verbindung zwischen Kabel mit integriertem Chip und dem Gerät ist eine eindeutige Zuordnung zwischen Chip und Gerät gewährleistet. Der Chip wird über eine elektrisch aufladbare Batterie mit Strom versorgt. Falls das Gerät am elektrischen Strom angeschlossen ist, kann die Batterie des Chips darüber aufgeladen werden. Der Chip kann die elektrische Stromzufuhr zum Gerät unterbrechen und wiederherstellen. Zudem ist der Chip in der Lage, den elektrischen Strom zu messen und die Messergebnisse zwischenzuspeichern. Die Hardware besitzt eine Bluetooth-Funkeinheit, mit der der Chip in festgelegten Zeiteinheiten eine feste Kennung (ID) aussendet bzw. Bluetooth-Signale empfängt.The hardware is a chip that is integrated in the electrical connection cable of the device. Due to the fixed connection between cable with integrated chip and the device, a clear assignment between the chip and the device is guaranteed. The chip is powered by an electrically rechargeable battery. If the device is connected to electrical power, the battery of the chip may be charged above it. The chip can interrupt and restore the electrical power to the device. In addition, the chip is able to measure the electric current and to buffer the measurement results. The hardware has a Bluetooth radio unit with which the chip transmits a fixed identifier (ID) or receives Bluetooth signals in fixed time units.

Der Empfänger nimmt mithilfe seiner z.B. Bluetooth-Funkeinheit (kann auch mit RFID, NFC und weiteren Technologien ausgestattet werden) die vom Chip ausgesendeten Signale entgegen - insbesondere die ID. Die genaue Ausstattung hängt vom Anwendungsfall ab. In einer Signalverarbeitungseinheit (SVE) erfolgt die Auswertung der empfangenen Signale. Abhängig von der technischen Ausstattung kann sich die SVE auf dem Empfänger selbst oder aber dem Server befinden. Bei modernen Smartphones kann beispielsweise das Empfangen der Signale als auch die SVE auf einem Gerät untergebracht sein. Die SVE ermittelt aus den Funksignalen die ID. Durch die feste Zuordnung von Chip zu Gerät kann die SVE bestimmen, von welchem Gerät das Signal empfangen wurde. Mithilfe der Signalstärke ist die SVE in der Lage, den Abstand zwischen Empfänger und Chip (und damit zum Gerät) zu ermitteln. Zudem kann der Empfänger sich beim Chip authentifizieren, um weitere Messdaten des Geräts auszulesen. So lässt sich aus den Strommessungen die Betriebsdauer des Geräts ableiten. Falls der Chip mit der Gerätehardware enger verknüpft ist, kann der Chip an den Empfänger Diagnose- oder Geräteteilezustandsdaten übertragen, die von der SVE ausgewertet werden. Weiterhin kann der Empfänger an den Chip Konfigurationsdaten übertragen. Hierzu gehört insbesondere die Regelung der Stromzufuhr zum Gerät.The receiver takes with the help of his e.g. Bluetooth radio unit (can also be equipped with RFID, NFC and other technologies) against the signals emitted by the chip - especially the ID. The exact equipment depends on the application. In a signal processing unit (SVE), the evaluation of the received signals takes place. Depending on the technical features, the SVE may be located on the receiver itself or on the server. For example, in modern smartphones, receiving the signals as well as the SVE may be accommodated on a device. The SVE determines the ID from the radio signals. The fixed allocation from chip to device allows the SVE to determine from which device the signal was received. Signal strength allows the SVE to determine the distance between the receiver and the chip (and thus to the device). In addition, the receiver can authenticate itself to the chip in order to read out further measurement data of the device. Thus, the current measurements of the device can be deduced from the current measurements. If the chip is more closely linked to the device hardware, the chip may transmit to the receiver diagnostic or device part state data that is evaluated by the SVE. Furthermore, the receiver can transmit configuration data to the chip. This includes in particular the regulation of the power supply to the device.

Der Empfänger kommuniziert über eine Kabel- oder drahtlose Verbindung mit einem Server. Der Empfänger schickt die Signale des Chips an den Server und nimmt Daten über Geräte und deren Konfiguration vom Server entgegen. Der Server hat - abhängig vom Empfänger - folgende Aufgaben: (1) Er speichert alle empfangenen Messdaten dauerhaft und führt Langzeitanalysen darauf durch. (2) Er verwaltet die Geräte und die darin integrierten Chips sowie zugehörige Konfigurationsdaten. (3) Der Server fungiert als SVE.The receiver communicates with a server via a wired or wireless connection. The receiver sends the signals of the chip to the server and receives data about devices and their configuration from the server. The server has the following tasks depending on the recipient: (1) It stores all received measurement data permanently and performs long-term analyzes on it. (2) It manages the devices and their integrated chips and associated configuration data. (3) The server acts as SVE.

Erreichte VorteileAchieved benefits

Der Nutzer profitiert von genauen Daten über die Standorte seiner Geräte sowie über Laufzeiten. Alarm kann aktiviert werden, wenn Geräte außerhalb von Betriebszeiten bewegt werden oder außerhalb von definierten Zonen bewegt werden. Eine effektive Laufzeitkontrolle ermöglicht optimierte Wartungsvorgänge und -vorhersagen.The user benefits from accurate data about the locations of his devices as well as transit times. Alarm can be activated when devices are moved outside of operating hours or moved outside of defined zones. Effective runtime control allows optimized maintenance operations and predictions.

Die beschriebene Lösung ermöglicht nicht nur das Auffinden von Geräten. Durch die Integration des Chips in das Anschlusskabel ist es möglich, Geräte herstellerunabhängig mit dieser Lösung auszustatten. Der im Chip integrierte Schalter zum Sperren und Entsperren der Stromzufuhr stellt sicher, dass nur autorisiertes Personal das Gerät benutzen kann. Dies ist insbesondere relevant, wenn das Gerät unerlaubt entwendet wurde. Weiterhin können Kenngrößen wie die Betriebsdauer aus dem Gerät ausgelesen werden. Erstmalig kann auf diese Weise mit einer einzigen technischen Lösung ein Asset getrackt und außerdem mit ihm kommuniziert werden.The solution described does not only allow finding devices. By integrating the chip in the connection cable, it is possible to equip devices manufacturer-independent with this solution. The on-chip Power Lock and Unlock switch ensures that only authorized personnel can use the device. This is especially relevant if the device has been stolen without permission. Furthermore, parameters such as the operating time can be read out of the device. For the first time, an asset can be tracked and communicated with it in a single technical solution.

Claims

Smart asset tracking through three components (hardware / receiver / server) for any moving object through different radio units (e.g., Bluetooth, RFID, NFC, etc.) with the ability to determine the exact location and duration of the item.