1. eLIT RTLS for port logistics
(Business proposal)
Last update: March 18, 2013
eLIT Co., Ltd.; PNU, Republic of
KOREA
유비쿼터스 컴퓨팅 데이터베이스 연구실
Ubiquitous Computing Database Lab

2. Overview
 Target Objects for real time location tracking
 Current phase
 Y/T (Yard Tractor) or AGV (Automated Guided Vehicle)
 C/C(Container Crane), T/C (Transfer Crane)
 Future
 Containers
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3. Overview
 RTLS : Real-Time Locating System
 Tag/Reader/Locating Engine
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4. Overview
 Method for locating
 The method of location is through identification and location
 Amplitude Triangulation (RSSI : Received Signal Strength Indication)
 Time of Flight Ranging Systems(TOA, TOF)
 Time Difference of Arrival (TDOA)
Triangulation Hyperbolic location estimation
d3
(x3,y3) (x3,y3)
r1 – r3 r1 – r2
d2
(x1,y1) d1 (x2,y2) (x1,y1) (x2,y2)
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5. Overview
 Method of distance measurements
 RSSI : Radio signal strength Indication
 Measuring Radio signal strength
 Radio signal attenuates exponentially
d: distance
 RSSI ∝
PS n ∈ [−2, −0.1]
dn PS: the sending signal voltage 450
400
350 40% signal strength
300 variation with angle
RSSI
250
 TOA/TDOA 200
 Measuring speed of RF(radio frequency) 150
 299,792,458 m / s = .33m / ns 100
50
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Distance(m)
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6. Overview
 Comparison of RF distance measuring techniques
RSSI TOA TDOA
Accuracy inaccurate accurate accurate
<100m >100m
Maximum range >100m
(<30m) (>km)
Time Synchronization x Reader-tag Reader-reader
Complex
Tag simple simple
Power consuming
Cost Low High Moderate
Indoor Global/City-scale Outdoor
Main application
application application application
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7. Motivation
 Motivation of RTLS development
 Real-Time Locating System(RTLS)
 Port application needs more precise locating system
 Required precision error : < 3m
=> TOA/TDOA based RTLS
Reader
Light
tower
 Container terminal environments
 Reader installation : top of light tower
 Not 2-D environment
 Severe RF Shadow area on densely stacked container yards
 Major vendor reports their big location error (>20m)
=> application specific optimization techniques for RTLS
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8. Motivation
 Pilot Project for RTLS
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9. Pilot Project for RTLS
15dB Omni-directionl *2 EA 15dB Omni-directionl *1 EA
 H/W Layout
6.5dB Diversity directional *1 EA
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10. Pilot Project for RTLS
RTLS readers on light tower
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11. Pilot Project for RTLS
 Y/T: (RTLS Tag)
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12. Pilot Project for RTLS
Location Accuracy
RTLS reader’s interval: :
100~150m
BICT: 20m – 30m error
3 70m
120m
350m
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13. RTLS for port logistics
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14. RTLS Project Objectives
 Real Time Locating System for port logistics
14
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15. IEEE802.15.4a RF
 Ranging Method
 TWR ( Two-Way Ranging )
 Two-way Ranging
 Using round-trip time (RTT)
 Do not need time-synchronization
 RF encoding
 CSS ( Chirp Spread Spectrum )
 Robust against disturbances
 Robust against multipath fading
  Using CSS-TWR ranging mechanism
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16. RTLS-Tag
 Features
 MCU :TI MSP430F2272
 Flash Memory : 32KB + 256B
 RAM : 1KB
 RF chip : Nanotron NA5TR1
 IEEE802.15.4a
 Size : 50(L) x 40(W) x 15(H) mm3
 Communication range : up to 300m
 Lifetime : about 2 years
<vehicle> <human>
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17. RTLS-Reader
 Features
 Main processor : Intel PXA255 (400MHz)
 RF control processor: STM32F103 (72MHz Cortex-M3)
 Quad RF module
 Use 4 directional antennas
 10/100Mbps Ethernet UDP/TCP communication
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18. RTLS Locating Engine
 Position estimation using Linear Least Square
 Include Data Filtering module
 2.5D Location calculation
 Port logistics environment is not 2D
 Height of Light tower : 30m-40m
 Our approach
 Convert 2D location data into 2.5D
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19. Scalable RTLS
 Conventional RTLS system
 Server(Engine) overload
 OUR APPROACH : Embed RTLS server function into
Readers
 Effective load balancing
 Fault tolerant
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20. Scalable RTLS
 System Diagram
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21. Assistant tag approach
 Assistant tag approach to overcome radio shadow area
 The tag assists estimating distance for locating acting as a virtual reader
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22. RTLS Testbed
 Testbed in PNU Stadium
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
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23. RTLS Construction
 Korea Gwangyang port
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24. RTLS Construction
 Korea Hutcheson Port
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25. RTLS Construction
 Koea Hyundai New Port
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26. Conclusions
 Conclusions
 LIT-RTLS : RTLS system for port environments
 Full system develpment
 RTLS tag
 RTLS Reader
 RTLS engine
 New ideas for port environment
 Assistant tag method to overcome RF shadow area
 Distributed RTLS server
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