تقنيات تحديد المواقع في الهواء الطلق مثل GPS, بيدو, أصبحت الشبكات العالمية لسواتل الملاحة (GNSS) رائجة اليوم ويتم تطبيقها على نطاق واسع. يمكن رؤية التكامل البارز في تطبيقات مثل خرائط Google. ومع ذلك, ننفق تقريبا 90% من وقتنا في الداخل, حيث لا تعمل إشارات GPS بشكل جيد. هذا هو السبب في أن تحديد المواقع عبر RSSI شائع في المواقع الداخلية. للاتصال بالبلوتوث, تُظهر قيم RSSI قوة الإشارة وجودة الاتصال. هنا, سنشرح المزيد عن Bluetooth RSSI, بما في ذلك نطاقه الطبيعي وتأثيره على اتصالات البلوتوث.
فهم بلوتوث RSSI
RSSI, وهو اختصار لإشارة قوة الإشارة المستلمة, يشير إلى قياس تقييم قوة الإشارة التي يستقبلها جهاز لاسلكي. في الاتصالات بلوتوث, من السهل فهم قيم Bluetooth RSSI, فهو يمثل قوة الإشارة التي يستقبلها جهاز البلوتوث ويؤثر على جودة الاتصال والمسافة بشكل مباشر. عادةً ما تظهر قيم Bluetooth RSSI كقيم سالبة للديسيبل ميلي واط. القيم العليا (أقرب الى 0) تشير إلى قوة إشارة أفضل. نظريا, نطاق RSSI من 0 إلى -100 ديسيبل.
الصيغة شائعة الاستخدام هي
قيمة RSSI = قوة الإشارة المستلمة – طابق مزعج + عامل المعايرة.
من المستحيل المبالغة في تقدير فوائد Bluetooth RSSI, كما يمكننا أن نرى من خلال مجموعة واسعة من التطبيقات الداخلية. مع المزيد من التكرارات لإصدارات البلوتوث, خاصة مع تطور تقنية البلوتوث منخفضة الطاقة, سيصبح تحديد المواقع عبر تقنية Bluetooth RSSI متاحًا بسهولة أكبر.
أنواع طرق تحديد المواقع عبر تقنية Bluetooth RSSI
يمكن تصنيف طرق توطين Bluetooth RSSI بشكل أساسي إلى توطين جانب الشبكة وتوطين جانب المحطة.
تحديد المواقع على جانب الشبكة
يشمل تحديد المواقع على جانب الشبكة بشكل أساسي الهواتف المحمولة, منارات بلوتوث, بوابات البلوتوث, والخوادم. نحن بحاجة إلى نشر إشارات وبوابات بلوتوث في المنطقة المستهدفة. عندما يدخل الجهاز الطرفي إلى المنطقة, وسوف تتلقى بيانات RSSI من المنارة. ثم ستقوم البوابة بإرسال البيانات المجمعة إلى الخادم السحابي, وبعد ذلك سيستخدم الخادم خوارزمية تحديد الموقع لحساب موقع الجهاز. إذا كانت المسافة بين المرسل والمستقبل أقرب, ستكون قوة الإشارة أفضل.
تتمتع هذه الطريقة بميزة أن الخادم السحابي يقوم بمركزية الحساب, ويحتاج الجهاز المحمول فقط إلى مسح البيانات والإبلاغ عنها. العيب, بالطبع, هو أنك تحتاج إلى النشر المسبق للبنية التحتية ذات الصلة لتحديد المواقع.
تحديد المواقع على الجانب الطرفي
تعد بنية التعريب على الجانب الطرفي أبسط بكثير وتتضمن بشكل أساسي الجهاز نفسه وإشارات البلوتوث في المنطقة المستهدفة. يتلقى جهاز نهائي مثل الهاتف الذكي بيانات RSSI من إشارات مختلفة ثم يستخدم خوارزمية تحديد المواقع المدمجة لتقدير موقعه.
مما لا شك فيه, تتطلب كلا الطريقتين منا نشر عدد معين من إشارات البلوتوث في المنطقة المستهدفة. من حيث التطبيق, يستخدم تحديد المواقع على جانب الشبكة بشكل أساسي لتتبع وتحديد موقع الأشخاص والأصول, في حين أن تحديد المواقع على الجانب الطرفي أكثر ملاءمة للملاحة الداخلية.
خوارزميات تحديد المواقع بلوتوث RSSI
وغني عن القول أن مفتاح توطين Bluetooth RSSI هو كيفية تحويل بيانات RSSI بدقة إلى إحداثيات الموقع. هنا, نقوم بتصنيف خوارزميات تحديد المواقع عبر Bluetooth RSSI إلى فئتين رئيسيتين بناءً على قياس المسافة أم لا: الخوارزميات التي تتطلب قياس المسافة والخوارزميات التي لا تتطلب قياس المسافة.
قياس المسافة المطلوبة
دعونا نلقي نظرة أولاً على خوارزميات الترجمة التي تتطلب قياسات المسافة, يحتاج هذا النوع من الخوارزمية أولاً إلى تقدير المسافة بين الجهاز المستهدف والعقدة المرجعية (بمعنى آخر., منارة) باستخدام قيم آر إس إس آي. ثم, بناء على معلومات المسافة التي تم الحصول عليها, ثم يتم حساب إحداثيات الموقع النهائي للجهاز المستهدف.
(1) التثليث
التثليث هو خوارزمية توطين بسيطة نسبيًا تعتمد على المبادئ الهندسية للمثلثات. لنفترض أن هناك ثلاث إشارات بلوتوث غير خطية AP1, AP2, AP3, ومسافاتها إلى النقطة M المستهدفة هي d1, d2, د3, على التوالى. يمكننا رسم ثلاث دوائر مع وضع هذه المنارات الثلاث كمركز, و د1, d2, d3 كنصف القطر, على التوالى. نقطة تقاطع هذه الدوائر الثلاث هي أيضًا إحداثيات النقطة M المستهدفة.
(2) طريقة المربعات الصغرى
في الواقع, نحن عادة ننشر أكثر من 3 إشارات بلوتوث في المنطقة المستهدفة. عند هذه النقطة, نحتاج إلى استخدام طريقة المربعات الصغرى لتقدير موقع العقدة المستهدفة. على افتراض أننا نقيس المسافة من كل منارة إلى العقدة المستهدفة M, يمكننا الحصول على معادلة تعتمد على كل زوج من المسافة المعروفة وموقع المنارة. من خلال الجمع بين جميع المعادلات, يمكننا الحصول على نظام من المعادلات المحددة بشكل زائد. أخيرا, إن حل نظام المعادلات هذا باستخدام طريقة المربعات الصغرى يعطينا تقديرًا لإحداثيات الموقع الأمثل للعقدة غير المعروفة M.
قياس المسافة غير مطلوب
تستخدم هذه الخوارزميات بيانات بصمة RSSI مباشرةً للتوطين. لا نحتاج إلى حساب المسافة أولاً, حتى نتمكن من تجنب الخطأ في تقدير المسافة بشكل فعال.
(1) تحديد النقطه الوسطى
مركز الكتلة هو نقطة خيالية حيث تعتبر كتلة النظام مركزة. تقوم طريقة تحديد موضع النقطه الوسطى بتقدير موقع النقطه الوسطى من شكلها الهندسي باستخدام مواقع المنارات المحيطة التي تتلقاها. خوارزمية هذه الطريقة سهلة الفهم, الجهد الحسابي صغير, وتعتمد دقة تحديد المواقع على كثافة المنارات المنتشرة.
(2) بصمة آر إس إس آي
إن بصمة RSSI هي تقنية توطين غير معلمية تعتمد على تحليل المشهد. فهو يحدد موقعه من خلال مطابقة الإشارات في الوقت الفعلي مع قاعدة بيانات بصمات الأصابع RSSI. يتكون وضع بصمات الأصابع من مرحلتين: 1) تقوم مرحلة عدم الاتصال بالإنترنت بإنشاء مكتبة بصمات الأصابع من بيانات RSSI الداخلية. 2) تجد مرحلة تحديد المواقع عبر الإنترنت أفضل تطابق لبصمة الإصبع مع الإشارة المستقبلة, باستخدام موقعه كتقدير لموضع الهدف. مزاياها هي الدقة العالية مع عدد قليل من النقاط المرجعية, لكن العيوب تشمل إنشاء قاعدة بيانات بصمات الأصابع الشاقة وصعوبة التكيف مع التغيرات البيئية.
قياس RSSI واتصالات البلوتوث
في القسم السابق, لقد ناقشنا طرقًا وخوارزميات مختلفة لقياس قيم Bluetooth RSSI. في التمرين, من الصعب تشكيل البيئة المثالية, وبالتالي فإن قوة إشارة البلوتوث سوف تتلاشى مع زيادة مسافة الاتصال. تتراوح إشارة RSSI من 0 ~ 100, مع 0 كونها الحالة المثالية, وهو ما لا وجود له على أرض الواقع. عندما تكون قيمة RSSI قريبة من -50, إشارات إشارة اتصالات Bluetooth جيدة.
– فوق -50 ديسيبل: إشارة قوية للغاية للاتصالات القريبة من المجال
– -50ديسيبل إلى -80 ديسيبل: قوة إشارة مثالية للاستخدام العادي قصير المدى
– أقل من -80 ديسيبل: إشارة ضعيفة للغاية مع خطر فقدان الحزمة وقطع الاتصال المتقطع
في بلوتوث منخفض الطاقة, يعد RSSI أحد المعلمات التي يجب الإبلاغ عنها. يعد RSSI للقنوات الإعلانية الدورية أمرًا مهمًا للترجمة لأن الأجهزة المحمولة تقوم بمسحها دون اتصال. لأجهزة بليه, بسبب انخفاض قوتهم, ستكون قيم RSSI الخاصة بها أقل من قيم Bluetooth الكلاسيكية على نفس المسافة. من أجل تحقيق اتصالات منخفضة الطاقة, يتم الحفاظ على القيمة العامة لـ BLE RSSI عند -50 ~ -80 ديسيبل.
كيف جالتحقق من بلوتوث RSSI قيد التشغيل سالهواتف الذكية
نظرا لشعبية تقنية البلوتوث, غالبًا ما نستخدم هاتفنا الذكي Bluetooth للتنقل الداخلي في حياتنا اليومية. في الوقت الحاضر، توفر جميع الهواتف الذكية تقريبًا وظيفة عرض قيمة Bluetooth RSSI للجهاز المتصل. وهنا نأخذ نظام أندرويد كمثال, والخطوات هي كما يلي:
- يفتح “إعدادات” وتذهب إلى “الأجهزة المتصلة” أو “تفضيلات الاتصال”.
- تمكين البلوتوث.
- سيقوم الهاتف بمسح وعرض أجهزة Bluetooth القريبة القابلة للاتصال.
- في قائمة الأجهزة, قيمة RSSI بين -100 و 0 يظهر لكل جهاز, يمثل قوة الإشارة بين الهاتف وهذا الجهاز.
إذا كنت تريد فحص ومراقبة سجلات قيمة Bluetooth RSSI الشاملة, يمكننا استخدام الأدوات الاحترافية مثل BLE Scanner وأداة BLE. من خلال مراقبة التغيرات في قيمة RSSI للأجهزة, يمكننا الحصول على فهم بديهي للغاية للمسافة التقريبية وقوة الإشارة بين الهاتف وكل جهاز. إذا قمنا بتحريك الهاتف, ستتغير قيمة RSSI أيضًا. ومن المثير للاهتمام, قد تختلف قراءات RSSI بين الأجهزة الموجودة على نفس المسافة.
تطبيقات بلوتوث RSSI في صالعالم الحقيقي سسيناريوهات
على الرغم من بعض التحديات التي يجب التغلب عليها, لا تزال تقنية تحديد المواقع عبر البلوتوث المعتمدة على RSSI تتمتع بتطبيقات واعدة. كما هو الحال مع أي تقدم، فمن الواعد أن نواجه تحديد موضع Bluetooth RSSI في المزيد من المناطق. حاليا, تتضمن بعض سيناريوهات التطبيق النموذجية على سبيل المثال لا الحصر:
الملاحة لتحديد المواقع في الأماكن المغلقة
في الأماكن الداخلية الكبيرة مثل مراكز التسوق, قاعات المعرض, المتاحف, إلخ, يمكن أن يوفر تحديد المواقع عبر تقنية Bluetooth RSSI للعملاء طرق التنقل وخدمات معلومات الموقع. الى جانب, يمكنه توجيه الترتيب الذي يتجول به الزوار في المعارض الكبيرة, تجنب مشاكل الازدحام.
إدارة الأصول والموظفين
في المصانع, الحدائق, والمستشفيات, يمكننا التثبيت إشارات وعلامات بلوتوث على الأصول الهامة والموظفين. مدمج مع نظام تحديد المواقع Bluetooth RSSI, يمكننا تحقيق المراقبة والإدارة في الوقت الحقيقي.
تحليلات التجزئة والأعمال الذكية
في البيع بالتجزئة, يمكن أن يؤدي استخدام تقنية تحديد المواقع عبر تقنية Bluetooth RSSI إلى فتح فرص جديدة لجلب قيمة الأعمال إلى تجار التجزئة. من خلال تتبع مسارات حركة العملاء ومدة إقامتهم, يمكن لتجار التجزئة تحليل سلوكيات التسوق للعملاء. بناء على ذلك, إنه فعال للتجار لتحديد المنتجات الشعبية والمناطق ذات الازدحام الشديد, وإعداد خطتهم الترويجية وترتيب تنسيب موظفيهم.
المنزل الذكي وتحديد المواقع في الأماكن المغلقة
من خلال نشر عدد صغير من إشارات البلوتوث في المنازل, يمكن لأصحاب المنازل تحقيق تتبع الموقع الداخلي للأفراد والحيوانات الأليفة, مثل معرفة الموقع الحالي لكبار السن أو الأطفال لمنعهم من التعرض للحوادث. بالإضافة إلى, يمكن لأصحاب المنازل ضبط الأجهزة المنزلية تلقائيًا مثل الأضواء, ضوابط درجة الحرارة, إلخ, حسب موقع المستخدم, تحقيق تجربة منزلية ذكية حقًا.
مقارنة بين بلوتوث RSSI و بلوتوث AoA
وبصرف النظر عن تحديد المواقع على أساس آر إس إس آي, هناك نوع آخر من تقنيات تحديد المواقع ظهر مؤخرًا في تحديد المواقع عبر البلوتوث, معروف ك اتفاقية التعاون بشأن البلوتوث. يحدد موقع الجهاز المحمول عن طريق قياس الزاوية التي تصل بها إشارة الراديو إلى مصفوفة الهوائيات مع التثليث. يمكن أن يصل تحديد موقع AoA المحتمل إلى متر واحد أو أعلى من الناحية النظرية, والتي تتجاوز إلى حد كبير دقة تحديد المواقع لتقنية RSSI التقليدية.
وبالتالي, الميزة الرئيسية لتحديد المواقع بواسطة RSSI هي عدم وجود بنية تحتية معقدة بالإضافة إلى التكلفة المنخفضة إلى حد ما. ومع ذلك, أستطيع أن أشير إلى ذلك, العيب الأساسي هو ضعف الحساسية للظروف. معروف بدقته العالية, يعد تحديد موضع AoA أكثر دقة مقارنةً بتحديد موضع RSSI. بالتاكيد, كما أن لها عيوبًا مثل البنية التحتية عالية التكلفة.
علاوة على ذلك, يمكننا تطبيق كلتا التقنيتين معًا. فمثلا, بعد تقدير المنطقة المحددة التي يقع فيها الهدف من خلال RSSI, يمكننا استخدام طريقة AoA لتحديد المواقع بدقة داخل منطقة معينة. هكذا, نحن قادرون على دمج العديد من التقنيات التي تمت مناقشتها مثل RSSI, AoA, إلخ, جنبًا إلى جنب مع تقنيات أخرى مثل UWB للاستفادة من أفضل ما في كل منها وتطوير حل تحديد المواقع أكثر دقة وموثوقية.
التطوير المستقبلي لتحديد المواقع بتقنية Bluetooth RSSI
البلوتوث 5.2 إصدار, ارجو ارفاق سيرتك الذاتية مع الرسالة 2020, وعززت بشكل كبير قدراتها على تحديد المواقع, بما في ذلك دعم تحديد المواقع AoA/AoD ومعايرة RSSI. وفى الوقت نفسه, ستعمل هذه التحسينات على تعزيز دقة وموثوقية تحديد المواقع عبر البلوتوث. ليس هناك شك في أن الإصدارات المستقبلية من البلوتوث ستستمر في تعزيز قدرات تحديد المواقع.
استخدام تقنية لاسلكية واحدة لتحديد المواقع له حدوده. وبالتالي, دمج مزايا التقنيات المتعددة هو الاتجاه المستقبلي. مثل الجمع بين تقنية Bluetooth RSSI وتحديد موضع بصمات الأصابع عبر WiFi أو استخدامها جنبًا إلى جنب مع تقنيات أكثر دقة مثل UWB (النطاق العريض الفائق).
إذا كنت تتساءل عن اعتماد أي حلول لتحديد المواقع عبر تقنية Bluetooth RSSI, فقط تحدث إلى خبير البلوتوث لدينا!
