Outdoor-Positionierungstechnologien wie GPS, Beidou, GNSS liegen heute voll im Trend und werden häufig eingesetzt. Die prominente Integration zeigt sich in Apps wie Google Maps. dennoch, wir verbringen fast 90% unserer Zeit drinnen, wo diese GPS-Signale nicht gut funktionieren. Aus diesem Grund ist die RSSI-Positionierung für Innenstandorte beliebt. Für Bluetooth-Kommunikation, RSSI-Werte zeigen die Signalstärke und Verbindungsqualität. Hier, Wir erklären mehr über Bluetooth RSSI, einschließlich seiner normalen Reichweite und Auswirkungen auf die Bluetooth-Kommunikation.
Bluetooth RSSI verstehen
RSSI, die Abkürzung für „Received Signal Strength Indication“., bezieht sich auf die Messung der von einem drahtlosen Gerät empfangenen Signalstärke. Bei der Bluetooth-Kommunikation, Es ist leicht, die Bluetooth-RSSI-Werte zu verstehen, Es stellt die Stärke des Signals dar, das das Bluetooth-Gerät empfängt, und wirkt sich direkt auf die Kommunikationsqualität und die Entfernung aus. Die Bluetooth-RSSI-Werte werden normalerweise als negative dBm-Werte angezeigt. Höhere Werte (näher an 0) weisen auf eine bessere Signalstärke hin. Theoretisch, Der RSSI-Bereich stammt von 0 bis -100 dBm.
Die häufig verwendete Formel lautet
RSSI-Wert = Empfangssignalleistung – Grundrauschen + Kalibrierungsfaktor.
Die Vorteile von Bluetooth RSSI können gar nicht genug betont werden, wie wir an seinem breiten Anwendungsspektrum im Innenbereich sehen können. Mit weiteren Iterationen von Bluetooth-Versionen, insbesondere mit der Entwicklung der Bluetooth-Low-Energy-Technologie, Die Bluetooth-RSSI-Ortung wird noch leichter verfügbar sein.
Arten von Bluetooth-RSSI-Positionierungsmethoden
Bluetooth-RSSI-Lokalisierungsmethoden können hauptsächlich in netzwerkseitige Lokalisierung und terminalseitige Lokalisierung kategorisiert werden.
Netzwerkseitige Positionierung
Die netzseitige Positionierung umfasst hauptsächlich Mobiltelefone, Bluetooth-Beacons, Bluetooth-Gateways, und Server. Wir müssen Bluetooth-Beacons und Gateways im Zielgebiet bereitstellen. Wenn das Endgerät den Bereich betritt, Es empfängt RSSI-Daten vom Beacon. Anschließend sendet das Gateway die gesammelten Daten an den Cloud-Server, Anschließend berechnet der Server mithilfe des Positionierungsalgorithmus den Standort des Geräts. Wenn der Abstand zwischen Sender und Empfänger geringer ist, Die Signalstärke wird besser sein.
Diese Methode hat den Vorteil, dass der Cloud-Server die Berechnung zentralisiert, und das mobile Gerät muss nur die Daten scannen und melden. Der Nachteil, natürlich, besteht darin, dass Sie die entsprechende Infrastruktur für die Positionierung vorab bereitstellen müssen.
Terminalseitige Positionierung
Die Architektur der terminalseitigen Lokalisierung ist wesentlich einfacher und umfasst hauptsächlich das Gerät selbst und Bluetooth-Beacons im Zielgebiet. Ein Endgerät wie ein Smartphone empfängt RSSI-Daten von verschiedenen Beacons und nutzt dann seinen eingebauten Positionierungsalgorithmus, um seinen Standort zu schätzen.
Zweifellos, Bei beiden Methoden müssen wir eine bestimmte Anzahl von Bluetooth-Beacons im Zielgebiet bereitstellen. In Bezug auf die Anwendung, Die netzwerkseitige Positionierung wird hauptsächlich zur Verfolgung und Lokalisierung der Position von Personen und Vermögenswerten verwendet, während die terminalseitige Positionierung eher für die Indoor-Navigation geeignet ist.
Bluetooth-RSSI-Positionierungsalgorithmen
Es versteht sich von selbst, dass der Schlüssel zur Bluetooth-RSSI-Lokalisierung in der genauen Umwandlung von RSSI-Daten in Positionskoordinaten liegt. Hier, Wir klassifizieren Bluetooth-RSSI-Positionierungsalgorithmen in zwei Hauptkategorien, basierend auf der Entfernungsmessung oder nicht: Algorithmen, die eine Entfernungsmessung erfordern, und Algorithmen, die keine Entfernungsmessung erfordern.
Entfernungsmessung erforderlich
Schauen wir uns zunächst Lokalisierungsalgorithmen an, die Entfernungsmessungen erfordern, Bei dieser Art von Algorithmus muss zunächst die Entfernung zwischen dem Zielgerät und einem Referenzknoten geschätzt werden (d.h., ein Leuchtfeuer) unter Verwendung von RSSI-Werten. Dann, basierend auf den erhaltenen Entfernungsinformationen, Anschließend werden die endgültigen Standortkoordinaten des Zielgeräts berechnet.
(1) Trilateration
Trilateration ist ein relativ einfacher Lokalisierungsalgorithmus, der auf den geometrischen Prinzipien von Dreiecken basiert. Nehmen wir an, dass es drei nicht kollineare Bluetooth-Beacons AP1 gibt, AP2, AP3, und ihre Abstände zum Zielpunkt M betragen d1, d2, d3, Alpines Skifahren dauerte vom 3. bis zum 5. neun Tage. Wir können drei Kreise mit der Position dieser drei Leuchtfeuer als Mittelpunkt zeichnen, und d1, d2, d3 als Radius, Alpines Skifahren dauerte vom 3. bis zum 5. neun Tage. Der Schnittpunkt dieser drei Kreise ist auch die Koordinaten des Ziel-M-Punkts.
(2) Die Methode der kleinsten Quadrate
In Wirklichkeit, Normalerweise setzen wir mehr als ein 3 Bluetooth-Beacons im Zielgebiet. An diesem Punkt, Wir müssen die Methode der kleinsten Quadrate verwenden, um die Position des Zielknotens abzuschätzen. Angenommen, wir messen die Entfernung von jedem Beacon zum Zielknoten M, Wir können eine Gleichung erhalten, die auf jedem Paar aus bekannter Entfernung und Bakenstandort basiert. Durch die Kombination aller Gleichungen, Wir können ein System überbestimmter Gleichungen erhalten. Schließlich, Durch die Lösung dieses Gleichungssystems mit der Methode der kleinsten Quadrate erhalten wir eine Schätzung der optimalen Standortkoordinaten des unbekannten Knotens M.
Entfernungsmessung nicht erforderlich
Diese Algorithmen nutzen RSSI-Fingerabdruckdaten direkt zur Lokalisierung. Wir müssen nicht zuerst die Entfernung berechnen, So können wir den Fehler der Entfernungsschätzung effektiv vermeiden.
(1) Schwerpunktbestimmung
Der Massenschwerpunkt ist ein imaginärer Punkt, an dem die Masse eines Systems konzentriert sein soll. Die Schwerpunktpositionierungsmethode schätzt die Position des Schwerpunkts seiner geometrischen Form anhand der Positionen der umgebenden Beacons, die es empfängt. Der Algorithmus dieser Methode ist leicht zu verstehen, der Rechenaufwand ist gering, und die Positionierungsgenauigkeit hängt von der Dichte der eingesetzten Beacons ab.
(2) RSSI-Fingerabdruck
RSSI-Fingerprinting ist eine nichtparametrische Lokalisierungstechnik, die auf Szenenanalyse basiert. Die Ortung erfolgt durch den Abgleich von Echtzeitsignalen mit einer RSSI-Fingerabdruckdatenbank. Die Fingerabdruckpositionierung besteht aus zwei Schritten: 1) In einer Offline-Phase wird die Fingerabdruckbibliothek aus Indoor-RSSI-Daten erstellt. 2) In einer Online-Positionierungsphase wird der Fingerabdruck ermittelt, der am besten zum empfangenen Signal passt, Verwendung seines Standorts als Positionsschätzung des Ziels. Seine Vorteile sind eine hohe Genauigkeit bei wenigen Referenzpunkten, Zu den Nachteilen zählen jedoch die mühsame Erstellung einer Fingerabdruckdatenbank und die Schwierigkeit, sich an Umweltveränderungen anzupassen.
RSSI-Messung und Bluetooth-Kommunikation
Im vorherigen Abschnitt, Wir haben verschiedene Methoden und Algorithmen zur Messung von Bluetooth-RSSI-Werten besprochen. In der Praxis, Es ist schwierig, die optimale Umgebung zu gestalten, Daher nimmt die Bluetooth-Signalstärke mit zunehmender Kommunikationsentfernung ab. Das RSSI-Signal reicht von 0 ~ 100, mit 0 der Idealfall sein, was es in der Praxis nicht gibt. Wenn der RSSI-Wert nahe bei liegt -50, Die Signalsignale von Bluetooth-Verbindungen sind gut.
– Über -50 dBm: Extrem starkes Signal für Nahfeldkommunikation
– -50dBm bis -80 dBm: Ideale Signalstärke für den normalen Nahbereichsgebrauch
– Unter -80 dBm: Sehr schwaches Signal mit der Gefahr von Paketverlusten und zeitweiligen Verbindungsabbrüchen
Im Bluetooth Low Energy, RSSI ist einer der Parameter, die gemeldet werden müssen. RSSI periodischer Werbekanäle ist für die Lokalisierung wichtig, da mobile Geräte diese ohne Verbindung scannen. Für BLE-Geräte, aufgrund ihrer geringeren Leistung, Ihre RSSI-Werte werden bei gleicher Entfernung niedriger sein als bei klassischem Bluetooth. Um eine Kommunikation mit geringem Stromverbrauch zu erreichen, Der allgemeine Wert von BLE RSSI wird beibehalten -50 ~ -80 dBm.
Wie man cVerdammt, Bluetooth RSSI einschalten sMartphones
Aufgrund der Beliebtheit der Bluetooth-Technologie, In unserem täglichen Leben nutzen wir häufig die Bluetooth-Funktion unseres Smartphones für die Indoor-Navigation. Heutzutage bieten fast alle Smartphones die Funktion, den Bluetooth-RSSI-Wert des verbundenen Geräts anzuzeigen. Hier nehmen wir das Android-System als Beispiel, Die Schritte sind wie folgt:
- Offen “Einstellungen” und geh zu “Verbundene Geräte” oder “Verbindungseinstellungen”.
- Aktivieren Sie Bluetooth.
- Das Telefon scannt und zeigt in der Nähe verbindbare Bluetooth-Geräte an.
- In der Geräteliste, ein RSSI-Wert zwischen -100 und 0 wird für jedes Gerät angezeigt, Stellt die Signalstärke zwischen dem Telefon und diesem Gerät dar.
Wenn Sie die umfassenden Bluetooth-RSSI-Wertaufzeichnungen überprüfen und überwachen möchten, Wir können professionelle Tools wie BLE Scanner und BLE Tool verwenden. Durch Beobachtung der RSSI-Wertänderungen der Geräte, Wir können die ungefähre Entfernung und Signalstärke zwischen dem Telefon und jedem Gerät sehr intuitiv verstehen. Wenn wir das Telefon bewegen, Der RSSI-Wert ändert sich ebenfalls. Interessant, Die RSSI-Messwerte können zwischen Geräten im gleichen Abstand unterschiedlich sein.
Anwendungen von Bluetooth RSSI in REchte Welt sZenarien
Trotz einiger Herausforderungen, die es zu meistern gilt, Die auf RSSI basierende Bluetooth-Ortungstechnologie hat immer noch eine vielversprechende Anwendung. Wie bei jeder Weiterentwicklung ist es vielversprechend, in weiteren Bereichen auf die Bluetooth-RSSI-Positionierung zu stoßen. Zur Zeit, Zu den typischen Anwendungsszenarien zählen unter anderem::
Indoor-Positionierungsnavigation
In großen Innenräumen wie Einkaufszentren, Ausstellungshallen, Museen, etc., Mithilfe der Bluetooth-RSSI-Ortung können Kunden Navigationsrouten und Standortinformationsdienste erhalten. Außerdem, Es kann die Reihenfolge bestimmen, in der Besucher große Ausstellungen besichtigen, Vermeidung von Überfüllungsproblemen.
Vermögens- und Personalmanagement
In Fabriken, Parks, und Krankenhäuser, Wir können installieren Bluetooth-Beacons und Tags auf wichtige Vermögenswerte und Personal. Kombiniert mit dem Bluetooth-RSSI-Ortungssystem, Wir können eine Echtzeitüberwachung und -verwaltung erreichen.
Intelligente Einzelhandels- und Geschäftsanalysen
Im Einzelhandel, Die Verwendung der Bluetooth-RSSI-Positionierung kann neue Möglichkeiten eröffnen, den Geschäftswert für Einzelhändler zu steigern. Durch die Verfolgung der Bewegungsbahnen der Kunden und ihrer Verweildauer, Einzelhändler können das Einkaufsverhalten der Kunden analysieren. Folglich, Es ist für Händler effektiv, beliebte Produkte und stark frequentierte Bereiche zu identifizieren, und erstellen ihren Werbeplan und arrangieren die Platzierung ihrer Mitarbeiter.
Smart Home und Indoor-Positionierung
Durch den Einsatz einer kleinen Anzahl von Bluetooth-Beacons in Häusern, Hausbesitzer können die Standortverfolgung von Personal und Haustieren in Innenräumen durchführen, B. die Kenntnis des aktuellen Standorts älterer Menschen oder Kinder, um Unfälle zu vermeiden. zusätzlich, Hausbesitzer können Haushaltsgeräte wie Lichter automatisch anpassen, Temperaturkontrollen, etc., je nach Standort des Benutzers, um ein echtes Smart-Home-Erlebnis zu erreichen.
Vergleich von Bluetooth RSSI und Bluetooth AoA
Abgesehen von der RSSI-basierten Positionierung, Es gibt eine andere Art von Ortungstechnik, die kürzlich in der Bluetooth-Ortung aufgetaucht ist, bekannt als Bluetooth AoA. Es bestimmt den Standort des Mobilgeräts durch Messung des Winkels, in dem das Funksignal durch Triangulation am Antennenfeld ankommt. Die potenzielle AoA-Positionierung kann theoretisch einen Meter oder sogar mehr erreichen, Dies übertrifft die Positionierungsgenauigkeit der herkömmlichen RSSI-Technologie bei weitem.
Deshalb, Der Hauptvorteil der RSSI-Positionierung liegt in der fehlenden komplizierten Infrastruktur und den relativ geringen Kosten. jedoch, Das kann ich zur Kenntnis nehmen, Der Hauptnachteil ist die geringe Sensibilität gegenüber den Bedingungen. Bekannt für seine hohe Genauigkeit, Die AoA-Positionierung ist im Vergleich zur RSSI-Positionierung genauer. Natürlich, Es hat aber auch Nachteile, wie z. B. eine kostenintensive Infrastruktur.
Außerdem, Wir können beide Technologien gemeinsam anwenden. Beispielsweise, nach der Schätzung des spezifischen Bereichs, in dem sich das Ziel befindet, über RSSI, Wir können die AoA-Methode zur präzisen Positionierung innerhalb eines bestimmten Bereichs verwenden. Bald, Wir sind in der Lage, viele diskutierte Technologien wie RSSI zu integrieren, AoA, etc., neben anderen Technologien wie UWB, um das Beste aus beiden zu nutzen und eine viel genauere und zuverlässigere Positionierungslösung zu entwickeln.
Zukünftige Entwicklung der Bluetooth-RSSI-Positionierung
Das Bluetooth 5.2 Ausführung, veröffentlicht in 2020, seine Positionierungsfähigkeiten erheblich verbessert, einschließlich Unterstützung für AoA/AoD-Positionierung und RSSI-Kalibrierung. inzwischen, Diese Verbesserungen werden die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Bluetooth-Ortung weiter verbessern. Es besteht kein Zweifel, dass zukünftige Versionen von Bluetooth die Positionierungsfähigkeiten weiter verbessern werden.
Die Verwendung einer einzigen drahtlosen Technologie zur Ortung hat ihre Grenzen. Deshalb, Die Integration der Vorteile mehrerer Technologien ist der Zukunftstrend. Zum Beispiel die Kombination von Bluetooth RSSI mit der WLAN-Fingerabdruckpositionierung oder die Verwendung in Verbindung mit genaueren Technologien wie UWB (Ultra-Breitband).
Wenn Sie über die Einführung von Bluetooth-RSSI-Positionierungslösungen nachdenken, Sprechen Sie einfach mit unserem Bluetooth-Experten!
