المتجر
لقد دخلنا حقبة تحديد المواقع الداخلية بكل ثقة - سواءً من خلال أنظمة تتبع الأصول، أو الخدمات القائمة على الموقع، أو أدوات الملاحة المتقدمة - يُحدث تحديد المواقع الداخلية ثورةً في كيفية تفاعلنا مع المساحات المغلقة. ومن المتوقع أن يزداد الطلب على تحديد المواقع الداخلية بدقة - وتتوقع "ماركتس آند ماركتس" أن يصل سوق تحديد المواقع الداخلية إلى 31.4 مليار دولار بحلول 2029لكن نجاح التنفيذ يعتمد على اختيار التقنية المناسبة - فموثوقية أي نظام تحديد مواقع داخلي تعتمد على طريقة التتبع الأساسية. في هذه المقالة، نقارن بين تقنيتين رائدتين في هذا المجال - النطاق العريض للغاية (UWB) والبلوتوث منخفض الطاقة (BLE) - لمساعدتك في تحديد التقنية الأنسب لاحتياجاتك في تحديد المواقع الداخلية.
تقنيات تحديد المواقع الداخلية المتاحة اليوم
أثناء تنقلاتنا، نعتمد غالبًا على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لتحديد اتجاهاتنا. فهو يلتقط إشارات الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض، ويحقق دقة تتراوح بين 5 و20 مترًا تقريبًا. إلا أن لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) حدوده، فبمجرد دخولنا مبنى أو النزول تحت الأرض، تتشوه إشارات الأقمار الصناعية. ونتيجة لذلك، تصبح دقة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أقل بكثير داخل المنازل.
وهنا يأتي دور أنظمة تحديد المواقع بتقنية البلوتوث والواي فاي. فهذه التقنيات، القائمة على قوة الإشارة المُستقبَلة، تُساعدنا في تحديد مواقع الأشياء والأشخاص على بُعد أمتار قليلة، مما يجعلها مناسبة للملاحة الداخلية الأساسية. لكن التكنولوجيا تتطور باستمرار، حيث تهدف تقنيات جديدة مثل النطاق العريض للغاية (UWB) وبلوتوث 5.1 إلى توفير دقة أعلى تصل إلى بضعة سنتيمترات فقط. وهذا يُتيح تطبيقات داخلية عالية الدقة للتفاعل مع مختلف العناصر في البيئة، مثل التحكم في الوصول بدون استخدام اليدين، وتتبع الأصول، وغيرها الكثير.
ما هو UWB وكيف يوفر الموقع
تقنية النطاق العريض للغاية (UWB) هي تقنية لاسلكية قصيرة المدى تعمل عبر ترددات راديو منخفضة الطاقة. تعمل ضمن نطاق ترددي لا يقل عن 500 ميجاهرتز، يتراوح بين 3.1 و10.6 جيجاهرتز. قد تتساءل إن كان هذا النطاق يتداخل مع تقنيات أخرى. في الواقع، لا. إليك السبب: تنقل تقنية النطاق العريض للغاية (UWB) البيانات عبر نبضات نانوثانية بدون موجة حاملة، باستخدام مستويات طاقة منخفضة للغاية - فقط -41.3 ديسيبل/ميجاهرتز. في السنوات الأخيرة، حسّنت تعديلات IEEE 802.15.4z طبقتي MAC وPHY لأغراض تحديد المدى وتحديد الموقع.
يقدم UWB بشكل أساسي أربع طرق لتحديد موضع الكائنات والأشخاص:
- ToA (وقت الوصول)
- TDoA (فارق التوقيت للوصول)
- TWR (القياس ثنائي الاتجاه)
- AoA (زاوية الوصول)
ومن الجدير بالذكر أن معظم الشركات التي تختار تقنية UWB لتتبع الأصول تفضل تقنية TDoA بسبب استهلاكها المنخفض للطاقة، مما يطيل عمر بطارية العلامة.
UWB TDoA مقابل ToA مقابل TWR مقابل AoA
تقنية TDoA مشابهة جدًا لتقنية ToA، حيث يعتمد كلاهما على قياس زمن انتشار الإشارة. ومع ذلك، تتميز تقنية TDoA بميزة ذكية: فهي لا تحتاج إلا إلى مزامنة وقت المُستقبِل، وليس إلى توقيت مطلق. في هذه التقنية، تُرسل العلامات إشارات إلى نقاط الارتكاز، التي تُرسل بدورها البيانات إلى خادم مركزي. ثم يحسب مُحرك تحديد المواقع في الخادم فروق أوقات الوصول لتحديد موقع العلامة، بدقة تتراوح بين 10 و30 سنتيمترًا. لإجراء هذه العملية الحسابية، يحتاج الخادم إلى طوابع زمنية من أربع نقاط ارتكاز على الأقل.
يعمل TWR بشكل مختلف، إذ يعتمد على تحديد مدى كل علامة مرساة على حدة، ولكنه أكثر تعقيدًا، إذ يتطلب تسع رسائل انتقال ذهابًا وإيابًا لحساب موقع واحد. أما بالنسبة لـ AoA؟ حسنًا، فهو أغلى ثمنًا وأقل دقة، وليس الخيار الأمثل لتحديد المواقع بتقنية النطاق العريض للغاية.
كيف يقوم البلوتوث بتمكين الموقع
البلوتوث تقنية لاسلكية تعتمد على القفز الترددي، تنقل البيانات في حزم، وتعمل في نطاق 2.4 جيجاهرتز. هناك فئتان رئيسيتان: البلوتوث الكلاسيكي (الإصدارات 1.0-3.0) والبلوتوث منخفض الطاقة (BLE، الإصدار 4.0 وما بعده). الفرق الرئيسي هو استهلاك الطاقة! صُممت تقنية BLE خصيصًا لتطبيقات استهلاك الطاقة المنخفض.
بلوتوث RSSI مقابل بلوتوث AoA/AoD
قبل إصدار بلوتوث 5.1، كان استخدام تقنية البلوتوث منخفض الطاقة (BLE) واسع النطاق لتحديد المواقع في الأماكن المغلقة باستخدام مؤشر قوة الإشارة المُستقبَلة (RSSI) لقياس فقدان المسار وتقدير المسافات بين أجهزة الإرسال والاستقبال. إلا أن تتبع الأصول بتقنية البلوتوث منخفض الطاقة (BLE) التقليدية كان يعتمد على القرب أكثر من دقة الموقع - فإذا كنت ترغب في دقة أعلى، كان عليك نشر المزيد من أجهزة الإرشاد في المنطقة.
في عام ٢٠١٩، قامت مجموعة خدمات بلوتوث (SIG) بتحديث مواصفات نواة البلوتوث ٥.١ مع تحسين قدرات تحديد الاتجاه. تُمكّن هذه المواصفات من تتبع الأصول باستخدام زاوية الوصول (AoA) أو زاوية المغادرة (AoD) باستخدام مصفوفات الهوائيات لتحديد اتجاه الإشارة، مما يحقق دقة تحديد الموقع في حدود متر واحد. يتطلب زاوية الوصول (AoA) هوائيات متعددة عند جهاز الاستقبال، بينما يتطلب زاوية المغادرة (AoD) تطبيقًا في جهاز الإرسال.
حاليًا، لا تزال معظم التطبيقات التجارية تعتمد على تقنية RSSI نظرًا لبساطتها ودعمها الواسع للأجهزة. ومع ذلك، تُحدث تقنية Bluetooth AoA رواجًا كبيرًا في سوق تحديد المواقع، إذ تجمع بين فعالية BLE من حيث التكلفة ودقة UWB. وقد أطلقت MOKO SMART بالفعل علامات وبوابات تدعم هذه التقنية عالية الدقة لتحديد المواقع بتقنية Bluetooth AoA.
وقت كتابة هذه السطور، صدر إصدار بلوتوث 6.0، مع التركيز على تقنية قياس قنوات البلوتوث. يستخدم هذا الإصدار تقنية تحديد المدى القائم على الطور (PBR) وتقنية زمن الرحلة ذهابًا وإيابًا (RTT) لتحديد مدى آمن ودقيق بين الأجهزة. هناك المزيد من تطبيقات تحديد المسافة بانتظارنا لاستكشافها!
مقارنة بين تحديد المواقع بتقنية UWB وتحديد المواقع بتقنية البلوتوث
نشهد منافسةً حامية في تقنيات تحديد المواقع الداخلية. يُحدث كلٌّ من النطاق العريض للغاية (UWB) والبلوتوث ضجةً كبيرة، لكن لكلٍّ منهما ميزة فريدة. لنُقارن بينهما بمزيد من التفاصيل.
الدقة والتغطية
تتميز تقنية النطاق العريض للغاية (UWB) بدقة تحديد المواقع، حيث تصل إلى دقة سنتيمترية (عادةً ما بين 10 و30 سم) بفضل خصائصها فائقة الاتساع، والتي يصعب مقارنتها بأنظمة النطاق الضيق الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، تستطيع إشارات النطاق العريض للغاية (UWB) اختراق العوائق، مثل الجدران والأرضيات والآلات، مما يجعلها مثالية للبيئات الصناعية المعقدة.
نظريًا، يمكن لتقنية UWB تغطية ما يصل إلى 200 متر. في المساحات المفتوحة الواسعة، ستحتاج إلى عدد أقل من الأجهزة لتغطية نفس المساحة. في المقابل، تتمتع تقنية Bluetooth AOA بنطاق تغطية أصغر وتتأثر بشكل كبير بارتفاع التركيب.
هل ترغب في رؤية هذه الحلول عمليًا؟ لقد قمنا بنشر نظامي تحديد المواقع بتقنية بلوتوث AOA وUWB في مصنع موكو - تواصل معنا للحصول على المزيد. عرض فيديو!
مقاومة التدخل
بنفس معدل نقل البيانات، يتفوق النطاق فائق العرض (UWB) على البلوتوث في مقاومة التداخل. يُصبح نطاق التردد 2.4 جيجاهرتز الذي يستخدمه البلوتوث مزدحمًا للغاية، مع تداخلات من أجهزة وشبكات مختلفة. مع ذلك، يستفيد النطاق فائق العرض (UWB) من نطاقه الترددي الأعلى وخصائص إشارته الفريدة للحفاظ على أداء فائق حتى في البيئات اللاسلكية المعقدة.
استهلاك الطاقة
بالمقارنة مع الحد الأدنى لمتوسط استهلاك الطاقة، عادةً ما تتفوق تقنية BLE، حيث تستهلك طاقة أقل من تقنية UWB. ولكن، إليكم الجزء المثير للاهتمام: في التطبيقات العملية، قد لا يكون الفرق كبيرًا نظرًا لطريقة تشغيل العلامات! في وضع الحوسبة السحابية BLE AOA أو UWB، تقضي العلامات معظم وقتها في وضع السكون، ولا تنشط إلا لإرسال الإشارات بينما تُجري الشبكة حسابات تحديد المواقع. يمكن أن يصل عمرها الافتراضي إلى سنة أو سنتين. في حالة استخدام وضع الحوسبة من جانب الجهاز، حيث يجب أن تبقى العلامات نشطة لفترة أطول، فقد ينخفض عمرها الافتراضي بشكل كبير إلى بضعة أسابيع أو أيام فقط.
تحديات النشر
عمليًا، عادةً ما يكون تطبيق تقنية UWB TDoA أسهل. خوارزمياتها الزمنية بسيطة نسبيًا، بينما تحتاج أنظمة Bluetooth AOA إلى نقاط معايرة متعددة - يجب أن يكون الوقت والزاوية ومواضع التثبيت جميعها دقيقة تمامًا.
علاوة على ذلك، تحافظ تقنية النطاق العريض للغاية (UWB) على دقتها العالية في بيئات متنوعة، بما في ذلك هياكل المباني المعقدة. ولكن ماذا عن تقنية بلوتوث زاوية الوصول (AOA)؟ إنها أكثر حساسية للتغيرات البيئية. أحيانًا تتطلب معايرة إضافية، أو قد تتطلب محطات قاعدية إضافية للحفاظ على الأداء الأمثل في بعض الأماكن الصعبة.
التكلفة وقابلية التوسع
الآن نأتي إلى التكاليف، فمحطات قاعدة بلوتوث AOA وUWB TDOA متقاربة في النطاق السعري، ولكن هناك فرق كبير في تكلفة العلامات. تُعدّ علامات بلوتوث AOA أكثر ملاءمة للميزانية من نظيراتها UWB، وهو فرق ينعكس إيجابًا على عمليات النشر واسعة النطاق. يمكن لعلامات بلوتوث AOA الاقتصادية أن توفر لك مبالغ طائلة إذا كنت تخطط لتتبع العديد من الأصول.
جدول مقارنة بين UWB وBLE RSSI وBLE AoA
| بليه آر إس إس آي | بليه AOA | UWB | |
| المعايير/البروتوكول | بلوتوث 4.0 + | بلوتوث 5.1 + | IEEE 802.15.4z |
| الدقة النموذجية | 2-5m | 0.5-1m | 1-0.3 متر |
| استهلاك طاقة العلامة | منخفض | منخفض | متوسط |
| الإتصال | غير قادر على خط الرؤية | خط الرؤية إلى 3+ المراسي المطلوبة | خط الرؤية إلى 4 مرساة مطلوبة |
| حماية التداخل | فقير | معتدل (أفضل من RSSI) | أسعار |
| سهولة التركيب | وضع منارة بسيط | إعداد ومعايرة مجموعة الهوائيات المعقدة | تركيب المرساة القياسي مع المعايرة |
| التوسعة | عالية (يدعم العديد من الأجهزة) | متوسط | صعب |
| تكلفة العلامة | منخفض | منخفض | مرتفع |
| تكاليف البنية التحتية | منخفض ($) | متوسط ($$) | عالية ($$$) |
UWB أو BLE: الاختيار للوضع الداخلي
اختيار حل تحديد المواقع الداخلي المناسب ليس قرارًا واحدًا يناسب الجميع. يجب مراعاة عوامل متعددة: البيئة، وبنية النظام، والبنية التحتية الحالية، والميزانية، وبالطبع دقة تحديد المواقع. إذا كنت ترغب في دقة عالية، فإن تقنية النطاق العريض للغاية (UWB) وتقنية البلوتوث منخفض الطاقة (BLE AoA) هما الخيار الأمثل. إذا لم تكن الدقة من أولوياتك، فقد يكون تحديد المواقع بتقنية بلوتوث RSSI هو الخيار الأمثل - فهو عملي واقتصادي.
لتحديد المواقع بدقة عالية، يعتمد الاختيار بين تقنية بلوتوث AOA وتقنية UWB على حالة استخدامك. إذا كنت تتعقب عددًا محدودًا من الأصول عالية القيمة بدقة فائقة، فتقنية UWB TDoA هي على الأرجح خيارك الأمثل. أما إذا كنت ترغب في تتبع العديد من الأصول بدقة "جيدة جدًا"، فقد تكون تكلفة علامات بلوتوث AOA المنخفضة ودقتها الجيدة هي الخيار الأمثل. لا تنسَ توافق النظام، فتحديد المواقع عبر بلوتوث مدعوم على نطاق أوسع عبر مختلف الأجهزة. ومع ذلك، يتطلب تكامل UWB عادةً أجهزة وبرامج أكثر تخصصًا.
في موكو سمارت، نحرص على توفير أجهزة إنترنت الأشياء التي تناسب احتياجاتك. تشمل مجموعتنا منتجات متنوعة منارات بلوتوثأجهزة استشعار، وعلامات BLE AoA، بالإضافة إلى علامات UWB. لا نكتفي بتقديم التكنولوجيا لك، بل نساعدك على تحديد الأجهزة المناسبة لحالتك.
