Einleitung

Drahtlose IoT-Systeme werden in industriellen Umgebungen zunehmend zur Erfassung und Übertragung von Betriebs- und Prozessdaten eingesetzt. Neben der Kommunikation gewinnt dabei die Lokalisierung von Objekten an Bedeutung, etwa im Rahmen von Asset Tracking zur Unterstützung transparenter Material- und Betriebsabläufe. In Schwerindustrieumgebungen, insbesondere in Stahlwerken, ist eine zuverlässige Positionsbestimmung jedoch anspruchsvoll. Große Anlagenstrukturen, metallische Oberflächen, Hallenbereiche, Freiflächen sowie dynamische Produktionsprozesse führen zu Abschattung, Mehrwegeausbreitung und wechselnden Funkbedingungen. Klassische Ortungstechnologien wie GNSS sind in solchen Umgebungen nur eingeschränkt nutzbar, während Verfahren wie BLE oder UWB häufig zusätzliche Infrastruktur oder spezielle Endgerätehardware erfordern. LoRaWAN stellt in diesem Zusammenhang eine interessante Alternative dar, da entsprechende Netze in industriellen IoT-Anwendungen häufig bereits vorhanden sind. Für eine netzseitige Lokalisierung können dabei ohnehin anfallende Metadaten wie RSSI, SNR und Gateway-Zeitstempel genutzt werden. Dadurch ist eine Positionsschätzung möglich, ohne die Endgeräte selbst zu erweitern. Bisherige Arbeiten zur LoRaWAN-Lokalisierung betrachten überwiegend kontrollierte, urbane oder allgemeine Indoor-Szenarien. Für komplexe Schwerindustrieumgebungen liegen hingegen nur begrenzt belastbare Erkenntnisse vor. Diese Masterarbeit untersucht daher, welche Positionsgenauigkeit mit bestehenden netzseitigen LoRaWAN-Lokalisationsverfahren unter realen Bedingungen eines Stahlwerks erreicht werden kann und welche Einflussfaktoren die Ergebnisse maßgeblich bestimmen.

Aufgabenstellung

Ziel der Masterarbeit ist die systematische Evaluation netzseitiger LoRaWAN-Lokalisationsverfahren auf Basis realer Messdaten aus einer industriellen Schwerindustrieumgebung. Die Untersuchung erfolgt anhand eines produktiven LoRaWAN-Netzes eines Stahlwerks sowie stationärer Referenz-Endgeräte mit bekannten Ground-Truth-Positionen. Im Rahmen der Arbeit ist zunächst eine reproduzierbare Evaluationspipeline zu entwickeln. Diese soll Rohdaten einlesen, validieren, bereinigen und pseudonymisieren. Zudem sind Gateway- und Endgerätepositionen in ein lokales Koordinatensystem zu überführen. Ein zentraler Bestandteil ist die Gruppierung mehrerer Gateway-Empfänge zu gemeinsamen Sendeereignissen, da diese die Grundlage für die spätere Positionsschätzung bildet. Darauf aufbauend sollen repräsentative Lokalisationsverfahren implementiert und verglichen werden. Betrachtet werden zunächst RSSI-basierte Trilateration und TDoA-basierte Lokalisierung. Zusätzlich werden hybride Verfahren sowie Kalibrierungs- und Gewichtungsstrategien, beispielsweise auf Basis der Signalqualität, untersucht.

Kontakt

Bei Interesse Leonard Zurek für weitere Details kontaktieren.