Los componentes de localización Wi-Fi superan las brechas de GNSS y telefonía móvil

El estándar de oro para el seguimiento inalámbrico es el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), operado por EE UU, que forma parte del GNSS que engloba múltiples sistemas regionales de navegación por satélite. Sin embargo, un módem GPS puede tardar varios minutos en pasar del arranque en frío al “tiempo hasta la primera fijación” (TTFF), al tiempo que consume una gran parte de la batería. También puede verse dificultada por obstáculos en la línea de visión entre los satélites y los receptores, como las paredes de los edificios.

Las estaciones base celulares fijas también pueden utilizarse para aplicaciones de “localización”. El escaneo de la ubicación celular utiliza un consumo de energía más modesto que con GPS/GNSS, pero es menos preciso. Dependiendo de los tipos de torres de telefonía móvil que se utilicen, la localización puede variar en cientos o incluso miles de medidores. Esta falta de precisión podría ser crítica para aplicaciones como el seguimiento de activos en movimiento en grandes almacenes o en buques portacontenedores oceánicos, por ejemplo.

El Wi-Fi puede ser más preciso que la localización por móvil y casi igual de eficiente desde el punto de vista energético. El identificador de conjunto de servicios (SSID), exclusivo de cada red Wi-Fi, y el identificador de conjunto de servicios básicos (BSSID), exclusivo de cada dispositivo de acceso, ofrecen una atractiva opción de localización, pero la mayoría de los circuitos integrados Wi-Fi no están optimizados para esta tarea y suelen ser costosos, voluminosos y consumir mucha energía.

Nordic Semiconductor proporciona componentes que los ingenieros pueden utilizar para crear aplicaciones flexibles que dependen de combinaciones de tecnologías inalámbricas, así como un servicio basado en la nube, para resolver problemas de rendimiento y cobertura.

La localización puede enriquecer numerosas aplicaciones, como sensores domésticos alimentados por batería, monitores de salud y dispositivos de fitness, rastreadores de activos industriales y sensores medioambientales, y gestión de inventarios minoristas y dispositivos de punto de venta.

Entre los principales casos de uso, las empresas pueden rastrear la ubicación de los activos para agilizar la gestión de la cadena de suministro y la logística, los dispositivos portátiles pueden alertar a los equipos médicos de problemas de salud, los minoristas y banqueros pueden detectar y mitigar el uso fraudulento de tarjetas de pago, y los operadores de gestión de flotas pueden rastrear sus vehículos en tiempo real. Depender de una sola tecnología inalámbrica puede ser problemático en el caso de los dispositivos que no están fijos en una ubicación, ya que el GPS, la telefonía móvil y la Wi-Fi tienen puntos fuertes y limitaciones.

Wi-Fi es una solución sencilla y rentable para la localización en casos de uso en los que las redes y los puntos de acceso están fácilmente disponibles y accesibles. La mayoría de los dispositivos Wi-Fi incorporan algún tipo de localización, con grandes variaciones en la eficiencia energética y la precisión de las implementaciones.

La Wi-Fi Alliance ha tomado medidas para fomentar estas capacidades y garantizar la interoperabilidad con su programa Wi-Fi CERTIFIED Location, que incorpora la norma IEEE 802.11mc. Utilizando el protocolo Fine Timing Measurement (FTM), puntos de acceso y tarjetas LAN inalámbricas compatibles con Wi-Fi CERTIFIED Location, se puede determinar la ubicación de un medidor, siempre que un punto de acceso Wi-Fi (AP) conozca su ubicación exacta.

Sin embargo, los ingenieros necesitan componentes más compactos y eficientes energéticamente para crear aplicaciones de localización rentables. Un consumo de energía eficiente que maximice la duración de la batería es crucial para muchos dispositivos y sensores IoT. Nordic ofrece una cartera de componentes para aprovechar Wi-Fi y otras opciones de posicionamiento para mejorar la conectividad de los ecosistemas IoT.

El nRF7000 (Figura 1) es un CI complementario inalámbrico optimizado para aplicaciones de consumo ultrabajo que garantiza la máxima eficiencia energética. No envía datos, sino que proporciona funciones de escaneado activo y pasivo a un host de Sistema en chip (SoC), Unidad de protección de memoria (MPU) o Unidad de microcontrolador (MCU) para la localización Wi-Fi.

El nRF7000 puede explorar las bandas de frecuencia Wi-Fi de 2,4 GHz y 5 GHz, y para ello implementa la capa PHY y partes de la capa MAC. Se conecta a una MCU anfitrión o a un procesador de aplicaciones en el que se ejecuta la aplicación de usuario a través de una interfaz QSPI (6 hilos) o SPI (4 hilos) para datos, y una interfaz de control de coexistencia de 3 ó 4 hilos para hosts que incluyen una radio Bluetooth® LE/IEEE 802.15.4.

El nRF7000 es una versión destilada del nRF7002, otro CI complementario que incluye una radio integrada de 2,4 GHz y 5 GHz para proporcionar a otro chip anfitrión conectividad directa de datos Wi-Fi 6, así como funciones de localización. También está disponible el nRF7001, que proporciona una radio monobanda de 2,4 GHz. Ambas son adecuadas para añadir funciones Wi-Fi 6 modernas a los sistemas Bluetooth Low Energy, Thread o Zigbee existentes.

Aunque cada uno de estos dispositivos puede conectarse a anfitriones no nórdicos, la Empresa afirma que, con su plataforma nRF Cloud, puede ofrecer una “solución de localización del silicio a la nube” con componentes compatibles con el posicionamiento Wi-Fi, celular y GNSS.

Las ofertas de Sistema en paquete (SiP) para celulares de la serie nRF91 de Nordic, como el NRF9160-SICA-B1A-R7 (Figura 2), se designan como los dispositivos anfitriones preferidos de Nordic para los CI nRF7000/7100/7200 (serie nRF70). Incorporan un procesador de aplicaciones y un módem multimodo en un encapsulado compacto de 10 x 16 x 1,04 mm que admite LTE-M, NB-IoT, GNSS, front-end de RF (RFFE) y gestión de energía. Otros anfitriones preferidos son los SoC multiprotocolo Bluetooth de las series nRF52 y nRF53 de Nordic.

Un nRF7000 combinado con un nRF91 proporciona localizaciones Wi-Fi precisas en interiores y exteriores, complementando al GNSS y a la telefonía móvil. Cuando se configura el servicio de localización Wi-Fi, un dispositivo puede empezar a buscar activa o pasivamente puntos de acceso Wi-Fi cercanos, recopilando datos sobre SSID, BSSID e intensidad de la señal.

Utilizando la información del CI complementario, un nRF91 puede transmitir información de AP a nRF Cloud, que utiliza una base de datos Wi-Fi de ubicaciones conocidas para determinar una posición precisa en relación con al menos dos AP cercanos, sin que el dispositivo tenga que conectarse a ellos. A continuación, el servicio en la nube puede enviar la posición de vuelta al dispositivo o dondequiera que se necesite la información. Una vez determinada la ubicación, el dispositivo puede entrar en un estado de bajo consumo para ahorrar batería.

El nRF Cloud ofrece las siguientes opciones alternativas para la localización:

• GNSS asistido que permite un TTFF más rápido
• Predicción GNSS para proporcionar hasta dos semanas de datos de satélites predichos con el fin de reducir la frecuencia de las nuevas solicitudes de datos de asistencia.
• Localización de una sola célula (SCELL) para proporcionar localizaciones aproximadas basadas en la célula más cercana, eliminando la necesidad del receptor GNSS.
• La localización multicelda (MCELL) también proporciona una localización más precisa, aunque aproximada, utilizando la celda más cercana y las celdas vecinas.

Cada uno de estos procesos de localización en la nRF Cloud ofrece características diferentes en cuanto a precisión de posición y consumo de energía. Según Nordic, el Wi-Fi ofrece una precisión de localización de 5 a 15 m, frente a los 5 a 10 m del GNSS, los 200 a 300 m del celular multicelular y los 1000 m del celular unicelular. La latencia más baja es la de la telefonía móvil, inferior a 1 segundo, mientras que la de GNSS y Wi-Fi es de segundos. Las pruebas de consumo realizadas por Nordic dan una ligera ventaja al móvil, con 122.48 mC, frente a los 125.85 mC del Wi-Fi y los 316.71 mC del GNSS con A-GPS.

Nordic ofrece varias herramientas, como su entorno de desarrollo de software nRF Connect SDK para todos los dispositivos de la serie nRF70, así como el kit de desarrollo de doble banda nRF7002 EK (Figura 3) en formato de escudo Arduino. El kit incorpora el nRF7002 y puede emular tanto el nRF7000 como el nRF7001, y puede combinarse con el kit de desarrollo nRF9160 DK para crear aplicaciones que utilicen la serie nRF70.

Con las series nRF7000 y nRF91, Nordic permite a los desarrolladores crear soluciones IoT que pueden aprovechar múltiples tecnologías inalámbricas para servicios de localización. Los productos ofrecen un amplio rango de/una amplia gama de rendimiento alto, bajo consumo de energía y opciones de integración flexibles para una amplia gama de aplicaciones que pueden cambiar sin problemas entre opciones de posicionamiento de ubicación.

La Wi-Fi Alliance ha tomado medidas para fomentar estas capacidades y garantizar la interoperabilidad con su programa Wi-Fi CERTIFIED Location, que incorpora la norma IEEE 802.11mc. Utilizando el protocolo Fine Timing Measurement (FTM), puntos de acceso y tarjetas LAN inalámbricas compatibles con Wi-Fi CERTIFIED Location, se puede determinar la ubicación de un medidor, siempre que un punto de acceso Wi-Fi (AP) conozca su ubicación exacta