Gebäudenavigation mit Osram Einstone »Wir eliminieren Begrenzungen«

Die Gebäudenavigation mit Osram Einstone ergänzt GPS-Systeme.
Die Gebäudenavigation mit Osram Einstone ergänzt GPS-Systeme.

Bei den Begriffen »Ortung« und »Navigation« denken viele Menschen sofort an GPS. DESIGN&ELEKTRONIK sprach mit Dr. Christoph Peitz, Leiter von Osram Einstone, über die Besonderheiten dieser Gebäudenavigation.

DESIGN&ELEKTRONIK: Herr Peitz, Osram Einstone wird als Start-up unter dem Dach der Osram Licht AG geführt. Erläutern Sie uns bitte die zukünftige Rolle von Einstone im Kontext zur Ihrer bisherigen Drei-Säulen-Strategie.
Dr. Christoph Peitz:
Einstone wird – wie vorher auch Lightify – außerhalb der drei Säulen Opto Semiconductors (OS), Speciality Lighting (SP) und Lighting Solutions & Systems (LSS) entwickelt. Es hat sich bewährt, solche Start-ups im Konzern quasi als Schnellboote zunächst abseits der etablierten Strukturen zu entwickeln. Einstone wird aber in enger Zusammenarbeit mit dem Bereich LSS aufgebaut.

Einstone nutzt zur Positionserkennung Funksender, die in LED-Beleuchtungssysteme integriert sind. Via Bluetooth werden Daten zur Abstandserkennung zum Smartphone übermittelt und eine App navigiert den Nutzer anhand der Positionssensoren durchs Gebäude. Wie funktioniert das genau, wie erfolgt die Positionserkennung?
Das Smart-Device empfängt Bluetooth-Beacon-Signale – dies können je nach Anwendung eine Vielzahl unterschiedlicher Signale von unterschiedlichen Leuchten sein. Der Clou besteht darin, mithilfe der Anordnung von »Einstone-Leuchten« eine Art digitales Positionierungsraster aus Funksignalen aufzubauen. Dabei ist jedes Funksignal individuell; es lässt sich durch einen ID-Code der jeweiligen Leuchte und somit auch der jeweiligen Position zuordnen. Basierend auf der Signalstärke und dem digital im Smart-Device gespeicherten Kartenmaterial lässt sich die Position des Empfangsgerätes ermitteln, zum Beispiel durch die Verfahren Fingerprinting, Triangulation oder Multilateration.

Erfolgt die Datenübertragung verschlüsselt oder werden sämtliche Positionsdaten gespeichert? Erläutern Sie die Sicherheitsthematik in puncto Datenerfassung.
Einstone-Leuchten verzichten komplett auf das Erkennen und Speichern von personenspezifischen Daten. Die Datenverarbeitung für Positionsdaten findet unabhängig von der Lichttechnik statt: Dreh- und Angelpunkt bleibt das Smartphone, auf dem der Nutzern über seine Daten verfügt. Bei der Osram-Einstone-Lichttechnik braucht der Nutzer jedenfalls keine Bedenken haben, da damit keine personenspezifischen Daten verarbeitet werden.

Nach welcher Methode werden die Ein­stone-Leuchten im Raum angeordnet und worauf ist zu achten, um eine optimale Signalübertragung und Lokalisierung zu gewährleisten?
Grundsätzlich ist ein Ortungssignal aus einer Deckenleuchte perfekt: Das Funksignal von der Raumdecke wird in der Regel wenig beeinträchtigt und maximiert daher die Qualität der Ortung, also die Genauigkeit. Batteriebetriebene Beacons haben hier Nachteile: Wenn das Beacon ausfällt, muss die Fachkraft mit einer Leiter oder einem Hubwagen anrücken und für Ersatz sorgen. Häufige Wartungsarbeiten treiben jedoch Betriebskosten in die Höhe. Die Grundvoraussetzungen sind also allein schon mit der Einbauposition der Lichttechnik und der dortigen Energieversorgung gegeben.
Stellt sich die Frage: »Muss für Einstone-Technik der Einbau und die Anordnung von Lichttechnik speziell geplant werden?« Nein, im Grunde ändert sich nichts. Der Einbau und die Anordnung der Leuchten bleiben gleich. Wir machen uns dabei die Ge­gebenheit zunutze, dass Leuchten in der Regel sehr homogen in Gebäuden verbaut sind. Dadurch entsteht automatisch ein engmaschiges Ortungsraster bestehend aus Bluetooth-Funksignalen.

Einstone wurde für die ­Gebäudenavigation konzipiert. Ist auch eine Anwendung im Freien, z. B. in Städten möglich? Wenn ja, erläutern Sie, inwieweit Einstone eine Ergänzung zur GPS-basierten Navigation sein kann. Vor allem auch in Hinblick auf die Nutzung von GPS in Gebäuden. Wie unterscheidet sich Einstone von GPS?
Grundsätzlich ist GPS eine sehr gute Technologie, die wir nicht ablösen wollen und auch nicht werden. Dennoch gibt es für Einstone Anwendungen im Freien, und zwar dann, wenn höhere Genauigkeit gefordert ist – zum Beispiel in Innenstädten. Hier ist die »Häuserschluchten-Problematik« zu beobachten: GPS gerät insbesondere dann an seine Limits, wenn Gebäude dicht an dicht aneinander gereiht sind oder viele hohe Gebäude das Satellitensignal stören. Einstone ist dann als Ergänzung zu GPS zu betrachten. Das setzen wir auch bereits um. In der konkreten Anwendung geht es darum, eine Stadt für den Einzelhandel attraktiver zu machen und Passanten über Einkaufsläden in ihrem Umfeld zu informieren. Der Phantasie sind aber grundsätzlich keine Grenzen gesetzt: Stadtführungen, Blindennavigation, das Erklären von städtischer Kunst bis hin zu digitalen Schnitzeljagden sind denkbar. Für diese Anwendungen sind GPS und Einstone komplementär und kombinierbar.

Welche weiteren Einsatzmöglichkeiten für Einstone sind denkbar? Wo wurde Einstone bereits getestet und wie interessant ist Einstone für das IoT und Lightify Pro?
Das Schöne ist: Einstone ist überall dort einsetzbar, wo GPS seine Grenzen hat – und das ist innerhalb oder in der Nähe von Gebäuden. In der Regel wird genau an diesen Orten auch Lichttechnik verbaut. Ein Raum oder eine Innenstadt ist ohne Beleuchtung undenkbar. Besonders sinnvoll ist Einstone dort, wo Leute sich orientieren und über einen Ort informieren wollen. Wir sprechen von Flughäfen, Bahnhöfen, Parkgaragen, Bürogebäuden, Industrieanlagen, öffentlichen Einrichtungen, U-Bahnen, Hotels, Krankenhäusern etc. Die Technologie ist nicht eingeschränkt. Für alle genannten Anwendungsgebiete haben wir zumindest Funktionstestinstallationen verwirklicht. Bei vielen sind wir auch schon einen Schritt weiter.
Die Einsatzmöglichkeiten im IoT-Kontext sind ebenfalls vielfältig. Automation und insbesondere autonome mobile Systeme befinden sich gerade auf einer Schwelle zu fortgeschrittener Reife, sodass der Bedarf für genaue Posi­tionsbestimmungen stetig zunimmt, ob im öffentlichen, privaten oder industriellen Raum.
Die Verwendung von Einstone zur Lichtsteuerung für Smart-Lighting-Installationen ist  ebenfalls möglich. Die App auf dem Handy könnte erkennen, wo man sich gerade aufhält und automatisch z. B. das Licht einschalten. Beim Verlassen der Räume wird das Licht dann automatisch wieder ausgeschaltet. Bei smarten Bürogebäuden könnte das Licht so auch individuell, auf den Nutzer und seine Präferenzen abgestimmt werden. Wir verwenden in diesem Kontext den Begriff »User Centric Lighting«.

Einstone nutzt die Infrastruktur bestehender Lichtinstallationen, z. B. die Stromversorgung. Nennen Sie uns bitte die Unterschiede zwischen Einstone und bereits existierenden Systemen mit Positionssensor. Welche Vorteile hat die Integration in bestehende Lichtinstallationen?
Die Mitnutzung der sowieso notwendigen Beleuchtungsinfrastruktur bietet essentielle Vorteile gegenüber separat installierten Sendern, sogenannten Beacons, die mit Batterie betrieben werden. Durch die Abhängigkeit von der Batterie müssen viele qualitative und funktionale Kompromisse eingegangen werden: Ungenauigkeiten, Latenzen, reduzierte Sicherheitsfunktionen und viele weitere Einschränkungen müssen in Kauf genommen werden, damit ein batteriebetriebenes Beacon nicht schon nach wenigen Wochen seine Funktion einstellt, weil die Batterie leer ist. Das Problem hat insbesondere der Einzelhandel in vielen Tests erkannt und nach einer Lösung verlangt. Wir nutzen die Stromversorgung der Lichttechnik und vermeiden somit energetische Nachteile – selbst wenn das Licht aus ist. Das ermöglicht ein wartungsfreies System und damit minimale Betriebskosten. Ein Batteriewechsel ist nicht notwendig. In der Sendeintensität und dem Funktionsumfang müssen wir keine Rücksicht auf Batteriekapazitäten nehmen. Deshalb ist die Latenzzeit bei Einstone praktisch keine Herausforderung mehr, auch die Signalqualität ist besser. Zudem ist die Installation so einfach wie ein Leuchtmittelwechsel – denn mehr ist es bei der Nachrüstung ja auch nicht. Bei einer Licht-Neuinstallation ist überhaupt kein zusätzlicher Montageaufwand nötig. Niemand muss, im Unterschied zu herkömmlichen Beacons, Sensoren an Wände kleben oder bohren. Durch die Integration in die Lichtinstallation ist zudem der Abstrahlwinkel zu den Nutzern optimiert, dadurch verbessert sich auch der Empfang im Unterschied zu Wandinstallationen. Darüber hinaus sind separat installierte Beacons, sofern nicht perfekt in die Umgebung integriert oder besonders geschützt, auch latent von Vandalismus oder Diebstahl bedroht. Die Einstone-Installation ist dagegen auf den ersten Blick unsichtbar. Auch für die Optik ist dies natürlich attraktiver.

Und was muss bei der Integration in Lichtin­stallationen beachtet werden?
Eine Herausforderung war für uns, die Ein­stone-Technik so stark zu miniaturisieren, dass der Einbau in Lichttechnik problemlos möglich ist. Auch die zusätzliche Wärmeentwicklung war zu berücksichtigen. Das haben wir inzwischen alles gelöst. Die größte Herausforderung besteht für uns mittlerweile in der Kundeninformation: Bei der Installation ist vielen Kunden noch gar nicht bewusst, wie groß die Potenziale eines integrierten Ortungssystems sind. Wir beginnen in der Regel zunächst mit einer Diskussion bezüglich der Anwendung, zum Beispiel der Navigation. Dass aber viele weitere Anwendungen möglich sind und dass das nur noch eine Softwarefrage ist, müssen wir in den Gesprächen immer wieder ins Bewusstsein bringen.

Bisher wird Einstone in LED-Beleuchtungssysteme mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich genutzt. Ist es denkbar, dass Einstone in naher Zukunft auch in IR-LED-basierten biometrischen Messsystemen wie Fitness-Armbändern integriert wird?
Der Empfang und damit die Ortsbestimmung ist natürlich nicht auf das Handy beschränkt – jedes Smart-Device mit Bluetooth und entsprechender Software könnte Einstone zur Positionsbestimmung nutzen – auch eine Smart-Watch oder ein Fitnessarmband. Fitnesstracker können mit Einstone im Fitnesstudio nicht nur Vitalwerte analysieren, sondern auch die eigene Position bestimmen und damit etwa das gerade genutzte Trainingsgerät zuordnen.

Einstone ist ein Bindeglied zwischen digitaler und realer Welt. Wie sieht diese Rolle aus Ihrer Sicht aus?
Viele Apps auf Smartphones werden derzeit ortsbezogener. Kartendienste waren hier die ersten, Car-Sharing ist da nur eine von vielen weiteren Apps, die auf den aktuellen Standort zugreifen. Allen solchen ortsbezogenen Apps ist gemeinsam, dass sie das Umfeld des Nutzers mit der digitalen Welt auf Ihrem Smartphone verknüpfen. Das ist aber gar nicht so trivial: GPS ist für viele Anwendungen nicht genau genug, um das notwendige Bindeglied zwischen der digitalen und der realen Welt zu sein. Und hier kommt Einstone ins Spiel: Einstone liefert genaue Ortsbestimmungen für eine Vielzahl von Anwendungen und stellt damit das Bindeglied zwischen digitaler und realer Welt dar. Wir erfinden Ortung und Navigation nicht grundsätzlich neu, sondern eliminieren Begrenzungen.

Vielen Dank für das angenehme und informative Gespräch.

Das Interview führte
Dr. Verena Winkler