المتجر
تقنيات تحديد المواقع الخارجية، مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ونظام الملاحة العالمي (GNSS)، وBeidou، تحظى بشعبية واسعة اليوم وتُستخدم على نطاق واسع. ويتجلى هذا التكامل البارز في تطبيقات مثل خرائط جوجل. ومع ذلك، نقضي ما يقرب من 90% من وقتنا في الأماكن المغلقة، حيث لا تعمل إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بكفاءة. ولهذا السبب، يُعدّ تحديد المواقع بتقنية RSSI شائعًا في الأماكن المغلقة. بالنسبة لاتصالات البلوتوث، تُظهر قيم RSSI قوة الإشارة وجودة الاتصال. سنشرح هنا المزيد عن تقنية RSSI للبلوتوث، بما في ذلك نطاقها الطبيعي وتأثيرها على اتصالات البلوتوث.
فهم تقنية Bluetooth RSSI
RSSI، وهو اختصار لـ Received Signal Strength Indication (مؤشر قوة الإشارة المُستقبَلة)، يشير إلى قياس قوة الإشارة المُستقبَلة من جهاز لاسلكي. في اتصالات البلوتوث، من السهل فهم قيم RSSI للبلوتوث، فهي تُمثل قوة الإشارة التي يستقبلها الجهاز، وتؤثر بشكل مباشر على جودة الاتصال والمسافة. عادةً ما تُعرض قيم RSSI للبلوتوث كقيم سالبة بالديسيبل ميلي واط. تشير القيم الأعلى (الأقرب إلى الصفر) إلى قوة إشارة أفضل. نظريًا، يتراوح نطاق RSSI بين 0 و-0 ديسيبل ميلي واط.
الصيغة المستخدمة عادة هي
قيمة RSSI = قوة الإشارة المستقبلة – مستوى الضوضاء + عامل المعايرة.
من المستحيل المبالغة في فوائد تقنية بلوتوث RSSI، كما يتضح من تطبيقاتها الداخلية الواسعة. مع ازدياد إصدارات البلوتوث، وخاصةً مع تطوير تقنية بلوتوث منخفضة الطاقة، سيصبح تحديد المواقع بتقنية بلوتوث RSSI متاحًا بشكل أكبر.
أنواع طرق تحديد المواقع عبر تقنية Bluetooth RSSI
يمكن تصنيف طرق تحديد موقع Bluetooth RSSI بشكل أساسي إلى تحديد موقع جانب الشبكة وتحديد موقع جانب المحطة الطرفية.
تحديد المواقع على جانب الشبكة
يشمل تحديد المواقع من جانب الشبكة بشكل رئيسي الهواتف المحمولة، ومنارات البلوتوث، وبوابات البلوتوث، والخوادم. نحتاج إلى نشر منارات وبوابات البلوتوث في المنطقة المستهدفة. عند دخول الجهاز الطرفي إلى المنطقة، سيستقبل بيانات RSSI من المنارة. بعد ذلك، تُرسل البوابة البيانات المُجمعة إلى خادم السحابة، حيث يستخدم الخادم خوارزمية تحديد المواقع لحساب موقع الجهاز. كلما كانت المسافة بين المرسل والمستقبل أقرب، كانت قوة الإشارة أفضل.
تتميز هذه الطريقة بمركزية خادم السحابة في إجراء الحسابات، حيث لا يحتاج الجهاز المحمول إلا إلى مسح البيانات وإرسالها. أما عيبها، فهو ضرورة إعداد البنية التحتية اللازمة لتحديد الموقع مسبقًا.
تحديد المواقع على جانب المحطة الطرفية
بنية تحديد المواقع من جانب الجهاز أبسط بكثير، وتعتمد بشكل أساسي على الجهاز نفسه ومنارات البلوتوث في المنطقة المستهدفة. يستقبل جهاز طرفي، مثل الهاتف الذكي، بيانات RSSI من منارات مختلفة، ثم يستخدم خوارزمية تحديد المواقع المدمجة فيه لتقدير موقعه.
لا شك أن كلا الطريقتين تتطلبان نشر عدد معين من إشارات البلوتوث في المنطقة المستهدفة. يُستخدم تحديد المواقع من جانب الشبكة بشكل رئيسي لتتبع وتحديد مواقع الأشخاص والأصول، بينما يُعد تحديد المواقع من جانب المحطة الطرفية أكثر ملاءمةً للملاحة الداخلية.
خوارزميات تحديد المواقع RSSI عبر البلوتوث
من البديهي أن مفتاح تحديد المواقع بتقنية RSSI عبر البلوتوث يكمن في كيفية تحويل بيانات RSSI بدقة إلى إحداثيات الموقع. هنا، نُصنّف خوارزميات تحديد المواقع بتقنية RSSI عبر البلوتوث إلى فئتين رئيسيتين بناءً على إمكانية قياس المسافة: خوارزميات تتطلب قياس المسافة، وخوارزميات لا تتطلب ذلك.
مطلوب قياس المسافة
لنلقِ نظرةً أولًا على خوارزميات تحديد المواقع التي تتطلب قياسات المسافة. يتطلب هذا النوع من الخوارزميات تقدير المسافة بين الجهاز المستهدف وعقدة مرجعية (مثل المنارة) باستخدام قيم RSSI. ثم، بناءً على معلومات المسافة المُحصّلة، تُحسب إحداثيات الموقع النهائي للجهاز المستهدف.
(1) التثليث
التثليث خوارزمية تحديد مواقع بسيطة نسبيًا، مبنية على المبادئ الهندسية للمثلثات. لنفترض وجود ثلاث منارات بلوتوث غير متعامدة، وهي AP1 وAP2 وAP3، ومسافاتها عن نقطة الهدف M هي d1 وd2 وd3 على التوالي. يمكننا رسم ثلاث دوائر، بحيث يكون مركز هذه المنارات الثلاثة، ونصف قطرها d1 وd2 وd3 على التوالي. نقطة تقاطع هذه الدوائر الثلاث هي أيضًا إحداثيات نقطة الهدف M.
(2) طريقة المربعات الصغرى
في الواقع، عادةً ما ننشر أكثر من 3 منارات بلوتوث في المنطقة المستهدفة. في هذه المرحلة، نحتاج إلى استخدام طريقة المربعات الصغرى لتقدير موقع العقدة المستهدفة. بافتراض أننا نقيس المسافة بين كل منارة والعقدة المستهدفة M، يمكننا الحصول على معادلة بناءً على كل زوج من المسافة المعلومة وموقع المنارة. بدمج جميع المعادلات، يمكننا الحصول على نظام من المعادلات ذات القيمة الزائدة. وأخيرًا، يُعطينا حل نظام المعادلات هذا باستخدام طريقة المربعات الصغرى تقديرًا لإحداثيات الموقع الأمثل للعقدة المجهولة M.
لا يلزم قياس المسافة
تستخدم هذه الخوارزميات بيانات بصمة RSSI مباشرةً لتحديد الموقع. لا نحتاج إلى حساب المسافة أولًا، مما يُجنّبنا خطأ تقدير المسافة بفعالية.
(1) تحديد مركز الثقل
مركز الكتلة هو نقطة افتراضية تُعتبر كتلة النظام مركزة عندها. تُقدّر طريقة تحديد موقع مركز ثقل الشكل الهندسي باستخدام مواقع الإشارات المحيطة التي تستقبلها. خوارزمية هذه الطريقة سهلة الفهم، والجهد الحسابي بسيط، وتعتمد دقة تحديد الموقع على كثافة الإشارات المُستخدمة.
(2) بصمة RSSI
تحديد موقع بصمة RSSI هو تقنية تحديد مواقع غير بارامترية تعتمد على تحليل المشهد. يتم تحديد الموقع عن طريق مطابقة الإشارات الآنية مع قاعدة بيانات بصمات RSSI. يتكون تحديد موقع بصمة الإصبع من مرحلتين: 1) مرحلة غير متصلة بالإنترنت، تُنشئ مكتبة بصمات الأصابع من بيانات RSSI الداخلية. 2) مرحلة تحديد المواقع عبر الإنترنت، حيث تجد أفضل بصمة مطابقة للإشارة المستقبلة، باستخدام موقعها كتقدير لموقع الهدف. تتميز هذه التقنية بدقة عالية ونقاط مرجعية قليلة، إلا أن عيوبها تشمل صعوبة إنشاء قاعدة بيانات بصمات الأصابع وصعوبة التكيف مع التغيرات البيئية.
قياس RSSI والاتصال عبر البلوتوث
في القسم السابق، ناقشنا طرقًا وخوارزميات مختلفة لقياس قيم مؤشر RSSI للبلوتوث. عمليًا، يصعب تحديد البيئة المثلى، لذا تتراجع قوة إشارة البلوتوث مع ازدياد مسافة الاتصال. تتراوح قيمة مؤشر RSSI بين 0 و100، حيث يُعدّ الصفر هو القيمة المثالية، وهو أمر غير موجود عمليًا. عندما تقترب قيمة مؤشر RSSI من -0، تكون إشارات اتصالات البلوتوث جيدة.
- أعلى من -50 ديسيبل ميلي واط: إشارة قوية للغاية للاتصالات القريبة المدى
- من -50 ديسيبل إلى -80 ديسيبل: قوة الإشارة المثالية للاستخدام العادي قصير المدى
- أقل من -80 ديسيبل ميلي واط: إشارة ضعيفة للغاية مع خطر فقدان الحزمة وانقطاع الاتصال بشكل متقطع
In بلوتوث منخفضة الطاقةيُعد مؤشر RSSI أحد المعايير التي يجب الإبلاغ عنها. يُعد مؤشر RSSI لقنوات الإعلانات الدورية مهمًا لتحديد الموقع، لأن الأجهزة المحمولة تقوم بمسحها دون اتصال. بالنسبة لأجهزة BLE، نظرًا لانخفاض طاقتها، ستكون قيم RSSI أقل من قيم البلوتوث التقليدي على نفس المسافة. لتحقيق اتصال منخفض الطاقة، يتم الحفاظ على القيمة العامة لمؤشر RSSI BLE عند -50 ~ -80 ديسيبل ميلي واط.
كيف cتحقق من تشغيل البلوتوث RSSI sالهواتف الذكية
نظراً لشيوع تقنية البلوتوث، نستخدم هواتفنا الذكية بكثرة للتنقل داخل المنزل في حياتنا اليومية. حالياً، تُوفر جميع الهواتف الذكية تقريباً ميزة عرض قيمة RSSI لبلوتوث للجهاز المتصل. لنأخذ نظام أندرويد كمثال، والخطوات كالتالي:
- افتح "الإعدادات" وانتقل إلى "الأجهزة المتصلة" أو "تفضيلات الاتصال".
- تمكين البلوتوث.
- سيقوم الهاتف بمسح وعرض الأجهزة القريبة القابلة للاتصال عبر البلوتوث.
- في قائمة الأجهزة، يتم عرض قيمة RSSI بين -100 و0 لكل جهاز، مما يمثل قوة الإشارة بين الهاتف وهذا الجهاز.
إذا كنت ترغب في التحقق من سجلات قيمة RSSI الشاملة لتقنية Bluetooth ومراقبتها، يُمكننا استخدام أدوات احترافية مثل BLE Scanner وBLE Tool. من خلال مراقبة تغيرات قيمة RSSI للأجهزة، يُمكننا الحصول على فهم بديهي للمسافة التقريبية وقوة الإشارة بين الهاتف وكل جهاز. عند تحريك الهاتف، ستتغير قيمة RSSI أيضًا. ومن المثير للاهتمام أن قراءات RSSI قد تختلف بين الأجهزة على نفس المسافة.
تطبيقات بلوتوث RSSI في rالعالم الحقيقي sسيناريوهات
على الرغم من بعض التحديات التي يجب التغلب عليها، لا تزال تقنية تحديد المواقع عبر البلوتوث القائمة على RSSI تتمتع بتطبيقات واعدة. وكما هو الحال مع أي تطور، من المبشر استخدام تقنية تحديد المواقع عبر RSSI في مجالات أكثر. حاليًا، تشمل بعض سيناريوهات التطبيقات الشائعة ما يلي، على سبيل المثال لا الحصر:
تحديد المواقع والملاحة الداخلية
في الأماكن المغلقة الكبيرة، مثل مراكز التسوق وقاعات المعارض والمتاحف، تُمكّن تقنية تحديد المواقع عبر تقنية بلوتوث RSSI العملاء من تحديد مسارات الملاحة وخدمات معلومات الموقع. كما تُساعد على تنظيم جولات الزوار في المعارض الكبيرة، مما يُجنّبهم مشاكل الازدحام.
إدارة الأصول والموظفين
في المصانع والمتنزهات والمستشفيات، يمكننا التثبيت إشارات وعلامات البلوتوث للأصول والموظفين المهمين. بفضل نظام تحديد المواقع Bluetooth RSSI، يمكننا تحقيق المراقبة والإدارة في الوقت الفعلي.
تحليلات التجزئة والأعمال الذكية
في قطاع التجزئة، يتيح استخدام تقنية تحديد المواقع بتقنية بلوتوث RSSI فرصًا جديدةً لتعزيز قيمة أعمال تجار التجزئة. فمن خلال تتبع مسارات حركة العملاء ومدة إقامتهم، يمكن لتجار التجزئة تحليل سلوكيات تسوقهم. وبالتالي، يُمكّنهم ذلك من تحديد المنتجات الرائجة والمناطق ذات الإقبال الكثيف، ووضع خططهم الترويجية، وتنسيق أماكن عمل موظفيهم.
المنزل الذكي وتحديد المواقع الداخلية
من خلال نشر عدد قليل من أجهزة البلوتوث في المنازل، يمكن لأصحاب المنازل تتبع مواقع الأفراد والحيوانات الأليفة داخل المنزل، مثل معرفة الموقع الحالي لكبار السن أو الأطفال لمنع وقوع الحوادث. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لأصحاب المنازل ضبط الأجهزة المنزلية تلقائيًا، مثل الإضاءة وأجهزة التحكم في درجة الحرارة، وفقًا لموقع المستخدم، مما يوفر تجربة منزلية ذكية تمامًا.
مقارنة بين تقنية Bluetooth RSSI و بلوتوث الزراعة
بصرف النظر عن تحديد المواقع المستند إلى RSSI، هناك نوع آخر من تقنية تحديد المواقع التي ظهرت مؤخرًا في تحديد المواقع عبر البلوتوث، والمعروفة باسم بلوتوث AoAيُحدد موقع الجهاز المحمول بقياس زاوية وصول الإشارة اللاسلكية إلى مصفوفة الهوائيات باستخدام التثليث. يمكن أن يصل تحديد موقع زاوية الهجوم المحتمل إلى متر واحد أو أكثر نظريًا، وهو ما يفوق بكثير دقة تحديد موقع تقنية RSSI التقليدية.
لذلك، تتمثل الميزة الرئيسية لتحديد المواقع باستخدام RSSI في عدم تعقيد البنية التحتية وانخفاض تكلفتها نسبيًا. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن عيبها الرئيسي هو ضعف حساسيتها للظروف. يتميز تحديد المواقع بزاوية الهجوم (AoA) بدقة عالية، مما يجعله أكثر دقة مقارنةً بتحديد المواقع باستخدام RSSI. وبالطبع، له عيوب أيضًا، مثل ارتفاع تكلفة البنية التحتية.
علاوة على ذلك، يُمكننا تطبيق التقنيتين معًا. على سبيل المثال، بعد تقدير المنطقة المحددة التي يقع فيها الهدف باستخدام RSSI، يُمكننا استخدام طريقة زاوية الهجوم (AoA) لتحديد الموقع بدقة داخل منطقة مُحددة. قريبًا، سنتمكن من دمج العديد من التقنيات التي تمت مناقشتها، مثل RSSI وAoA، إلى جانب تقنيات أخرى مثل UWB، للاستفادة القصوى من كلٍّ منها وتطوير حلول تحديد مواقع أكثر دقة وموثوقية.
التطوير المستقبلي لتحديد المواقع عبر تقنية Bluetooth RSSI
حسّن إصدار بلوتوث 5.2، الصادر عام 2020، قدرات تحديد المواقع بشكل ملحوظ، بما في ذلك دعم تحديد المواقع AoA/AoD ومعايرة RSSI. وفي الوقت نفسه، ستعزز هذه التحسينات دقة وموثوقية تحديد المواقع عبر البلوتوث. ولا شك أن الإصدارات المستقبلية من البلوتوث ستواصل تعزيز قدرات تحديد المواقع.
إن استخدام تقنية لاسلكية واحدة لتحديد المواقع له حدوده. لذلك، يُعد دمج مزايا تقنيات متعددة هو التوجه المستقبلي، مثل دمج تقنية Bluetooth RSSI مع تقنية تحديد المواقع ببصمة WiFi، أو استخدامها مع تقنيات أكثر دقة مثل UWB (النطاق العريض للغاية).
إذا كنت تتساءل عن اعتماد أي حلول لتحديد المواقع عبر تقنية Bluetooth RSSI، فما عليك سوى التحدث إلى خبير Bluetooth الخاص بنا!
