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Le tecnologie di posizionamento outdoor come GPS, Beidou e GNSS sono oggi di gran moda e ampiamente utilizzate. L'integrazione più evidente è visibile in app come Google Maps. Tuttavia, trascorriamo quasi il 90% del nostro tempo in ambienti chiusi, dove i segnali GPS non funzionano bene. Ecco perché il posizionamento RSSI è popolare negli ambienti chiusi. Per la comunicazione Bluetooth, i valori RSSI mostrano la potenza del segnale e la qualità della connessione. Qui approfondiremo l'RSSI Bluetooth, inclusi il suo range normale e il suo impatto sulla comunicazione Bluetooth.
Comprensione del Bluetooth RSSI
RSSI, acronimo di Received Signal Strength Indication, si riferisce alla misurazione della potenza del segnale ricevuto da un dispositivo wireless. Nella comunicazione Bluetooth, i valori RSSI Bluetooth sono facili da comprendere: rappresentano la potenza del segnale ricevuto dal dispositivo Bluetooth e influenzano direttamente la qualità della comunicazione e la distanza. I valori RSSI Bluetooth sono in genere visualizzati come valori dBm negativi. Valori più alti (più vicini a 0) indicano una migliore potenza del segnale. Teoricamente, l'intervallo RSSI è compreso tra 0 e -100 dBm.
La formula comunemente usata è
Valore RSSI = Potenza del segnale ricevuto – Rumore di fondo + Fattore di calibrazione.
È impossibile sopravvalutare i vantaggi del Bluetooth RSSI, come possiamo vedere dalla sua ampia gamma di applicazioni indoor. Con l'ulteriore sviluppo delle versioni Bluetooth, in particolare con lo sviluppo della tecnologia Bluetooth a basso consumo energetico, il posizionamento Bluetooth RSSI diventerà ancora più facilmente disponibile.
Tipi di metodi di posizionamento RSSI Bluetooth
I metodi di localizzazione RSSI Bluetooth possono essere principalmente suddivisi in localizzazione lato rete e localizzazione lato terminale.
Posizionamento lato rete
Il posizionamento lato rete include principalmente telefoni cellulari, beacon Bluetooth, gateway Bluetooth e server. Dobbiamo distribuire beacon e gateway Bluetooth nell'area di destinazione. Quando il dispositivo terminale entra nell'area, riceverà i dati RSSI dal beacon. Il gateway invierà quindi i dati raccolti al server cloud, che a sua volta utilizzerà l'algoritmo di posizionamento per calcolare la posizione del dispositivo. Quanto più la distanza tra trasmettitore e ricevitore è ridotta, tanto maggiore sarà la potenza del segnale.
Questo metodo ha il vantaggio che il server cloud centralizza il calcolo e il dispositivo mobile deve solo scansionare e segnalare i dati. Lo svantaggio, ovviamente, è che è necessario predisporre in anticipo l'infrastruttura necessaria per il posizionamento.
Posizionamento lato terminale
L'architettura della localizzazione lato terminale è molto più semplice e coinvolge principalmente il dispositivo stesso e i beacon Bluetooth nell'area di destinazione. Un dispositivo finale come uno smartphone riceve i dati RSSI da diversi beacon e utilizza quindi il suo algoritmo di posizionamento integrato per stimare la propria posizione.
Indubbiamente, entrambi i metodi richiedono l'installazione di un certo numero di beacon Bluetooth nell'area di destinazione. In termini di applicazione, il posizionamento lato rete viene utilizzato principalmente per tracciare e localizzare la posizione di persone e beni, mentre il posizionamento lato terminale è più adatto alla navigazione indoor.
Algoritmi di posizionamento RSSI Bluetooth
Inutile dire che la chiave per la localizzazione RSSI Bluetooth è come convertire accuratamente i dati RSSI in coordinate di posizione. Qui, classifichiamo gli algoritmi di posizionamento RSSI Bluetooth in due categorie principali in base alla misurazione della distanza: algoritmi che richiedono la misurazione della distanza e algoritmi che non la richiedono.
Misurazione della distanza richiesta
Diamo prima un'occhiata agli algoritmi di localizzazione che richiedono misurazioni della distanza: questo tipo di algoritmo deve innanzitutto stimare la distanza tra il dispositivo target e un nodo di riferimento (ad esempio, un beacon) utilizzando i valori RSSI. Quindi, sulla base delle informazioni sulla distanza ottenute, vengono calcolate le coordinate di posizione finale del dispositivo target.
(1) Trilaterazione
La trilaterazione è un algoritmo di localizzazione relativamente semplice basato sui principi geometrici dei triangoli. Supponiamo che ci siano tre beacon Bluetooth non collineari AP1, AP2, AP3 e che le loro distanze dal punto M di destinazione siano rispettivamente d1, d2, d3. Possiamo disegnare tre cerchi con la posizione di questi tre beacon come centro e d1, d2, d3 come raggio, rispettivamente. Il punto di intersezione di questi tre cerchi è anche le coordinate del punto M di destinazione.
(2) Il metodo dei minimi quadrati
In realtà, di solito distribuiamo più di 3 beacon Bluetooth nell'area target. A questo punto, dobbiamo utilizzare il metodo dei minimi quadrati per stimare la posizione del nodo target. Supponendo di misurare la distanza da ciascun beacon al nodo target M, possiamo ottenere un'equazione basata su ciascuna coppia di distanza nota e posizione del beacon. Combinando tutte le equazioni, possiamo ottenere un sistema di equazioni sovradeterminate. Infine, risolvendo questo sistema di equazioni con il metodo dei minimi quadrati, otteniamo una stima delle coordinate di posizione ottimali del nodo incognito M.
Misurazione della distanza non richiesta
Questi algoritmi utilizzano direttamente i dati RSSI fingerprint per la localizzazione. Non è necessario calcolare prima la distanza, quindi possiamo evitare efficacemente l'errore di stima della distanza.
(1) Determinazione del centroide
Il centro di massa è un punto immaginario in cui si considera concentrata la massa di un sistema. Il metodo di posizionamento del centroide stima la posizione del centroide della sua forma geometrica utilizzando le posizioni dei beacon circostanti che riceve. L'algoritmo di questo metodo è facile da comprendere, lo sforzo computazionale è minimo e la precisione del posizionamento dipende dalla densità dei beacon distribuiti.
(2) Impronta digitale RSSI
L'impronta digitale RSSI è una tecnica di localizzazione non parametrica basata sull'analisi della scena. La localizzazione avviene confrontando i segnali in tempo reale con un database di impronte digitali RSSI. Il posizionamento delle impronte digitali si compone di due fasi: 1) Una fase offline crea la libreria di impronte digitali a partire dai dati RSSI indoor. 2) Una fase di posizionamento online individua la migliore corrispondenza dell'impronta digitale con il segnale ricevuto, utilizzando la sua posizione come stima della posizione del bersaglio. I suoi vantaggi sono l'elevata precisione con pochi punti di riferimento, ma gli svantaggi includono la complessa creazione del database di impronte digitali e la difficoltà di adattamento ai cambiamenti ambientali.
Misurazione RSSI e comunicazione Bluetooth
Nella sezione precedente abbiamo discusso diversi metodi e algoritmi per misurare i valori RSSI Bluetooth. In pratica, è difficile definire l'ambiente ottimale, quindi la potenza del segnale Bluetooth diminuisce con l'aumentare della distanza di comunicazione. Il segnale RSSI varia da 0 a 100, dove 0 rappresenta il caso ideale, che non si verifica nella pratica. Quando il valore RSSI è prossimo a -50, i segnali delle connessioni Bluetooth sono buoni.
– Oltre -50 dBm: segnale estremamente forte per la comunicazione in prossimità
– -50 dBm a -80 dBm: potenza del segnale ideale per un normale utilizzo a corto raggio
– Sotto -80 dBm: Segnale molto debole con rischio di perdita di pacchetti e disconnessioni intermittenti
In WibreeL'RSSI è uno dei parametri che devono essere riportati. L'RSSI dei canali pubblicitari periodici è importante per la localizzazione perché i dispositivi mobili li scansionano senza connessione. Per i dispositivi BLE, a causa della loro minore potenza, i valori RSSI saranno inferiori a quelli del Bluetooth classico alla stessa distanza. Per ottenere una comunicazione a bassa potenza, il valore generale dell'RSSI BLE viene mantenuto tra -50 e -80 dBm.
Come ccontrolla Bluetooth RSSI acceso smartphone
Grazie alla diffusione della tecnologia Bluetooth, utilizziamo spesso il Bluetooth del nostro smartphone per la navigazione indoor nella vita di tutti i giorni. Oggigiorno, quasi tutti gli smartphone offrono la possibilità di visualizzare il valore RSSI Bluetooth del dispositivo connesso. Prendiamo come esempio il sistema Android e i passaggi sono i seguenti:
- Apri “Impostazioni” e vai su “Dispositivi connessi” o “Preferenze di connessione”.
- Abilita Bluetooth.
- Il telefono eseguirà la scansione e visualizzerà i dispositivi Bluetooth collegabili nelle vicinanze.
- Nell'elenco dei dispositivi, per ciascun dispositivo viene visualizzato un valore RSSI compreso tra -100 e 0, che rappresenta la potenza del segnale tra il telefono e quel dispositivo.
Per controllare e monitorare i registri completi del valore RSSI Bluetooth, possiamo utilizzare strumenti professionali come BLE Scanner e BLE Tool. Osservando le variazioni del valore RSSI dei dispositivi, possiamo avere una comprensione molto intuitiva della distanza approssimativa e dell'intensità del segnale tra il telefono e ciascun dispositivo. Se spostiamo il telefono, anche il valore RSSI cambierà. È interessante notare che le letture RSSI possono variare tra dispositivi alla stessa distanza.
Applicazioni del Bluetooth RSSI in rmondo reale scenari
Nonostante alcune sfide da superare, la tecnologia di posizionamento Bluetooth basata su RSSI ha ancora un'applicazione promettente. Come per ogni progresso, è piuttosto promettente trovare il posizionamento Bluetooth RSSI in più ambiti. Attualmente, alcuni scenari applicativi tipici includono, a titolo esemplificativo ma non esaustivo:
Navigazione con posizionamento interno
In grandi spazi al chiuso come centri commerciali, padiglioni espositivi, musei, ecc., il posizionamento RSSI Bluetooth può fornire ai clienti percorsi di navigazione e servizi di informazioni sulla posizione. Inoltre, può guidare l'ordine in cui i visitatori visitano grandi mostre, evitando problemi di affollamento.
Gestione patrimoniale e del personale
Nelle fabbriche, nei parchi e negli ospedali, possiamo installare Beacon e tag Bluetooth su risorse e personale importanti. In combinazione con il sistema di posizionamento Bluetooth RSSI, possiamo ottenere monitoraggio e gestione in tempo reale.
Analisi intelligente del commercio al dettaglio e del business
Nel settore retail, l'utilizzo del posizionamento RSSI tramite Bluetooth può aprire nuove opportunità per generare valore per i rivenditori. Tracciando le traiettorie di movimento dei clienti e il loro tempo di permanenza, i rivenditori possono analizzare i comportamenti d'acquisto. Di conseguenza, è utile per i commercianti identificare i prodotti più popolari e le aree ad alto traffico, nonché definire il piano promozionale e organizzare il posizionamento dei propri dipendenti.
Casa intelligente e posizionamento interno
Installando un numero limitato di beacon Bluetooth nelle abitazioni, i proprietari possono monitorare la posizione interna di personale e animali domestici, ad esempio conoscendo la posizione attuale di anziani o bambini per evitare incidenti. Inoltre, i proprietari di casa possono regolare automaticamente elettrodomestici come luci, termostati, ecc. in base alla posizione dell'utente, realizzando un'esperienza di casa davvero intelligente.
Confronto tra Bluetooth RSSI e Bluetooth AoA
Oltre al posizionamento basato su RSSI, esiste un altro tipo di tecnica di posizionamento che è emersa di recente nel posizionamento Bluetooth, noto come AoA BluetoothDetermina la posizione del dispositivo mobile misurando l'angolo con cui il segnale radio arriva al sistema di antenne tramite triangolazione. Il potenziale di posizionamento AoA può raggiungere teoricamente un metro o anche di più, superando di gran lunga la precisione di posizionamento della tradizionale tecnologia RSSI.
Pertanto, il principale vantaggio del posizionamento RSSI risiede nell'assenza di un'infrastruttura complessa e nel costo piuttosto contenuto. Tuttavia, posso sottolineare che lo svantaggio principale è la scarsa sensibilità alle condizioni. Noto per la sua elevata accuratezza, il posizionamento AoA è più accurato rispetto al posizionamento RSSI. Naturalmente, presenta anche degli svantaggi, come l'elevato costo dell'infrastruttura.
Inoltre, possiamo applicare entrambe le tecnologie insieme. Ad esempio, dopo aver stimato l'area specifica in cui si trova il bersaglio tramite RSSI, possiamo utilizzare il metodo AoA per un posizionamento preciso all'interno di una determinata area. Presto saremo in grado di integrare molte delle tecnologie discusse, come RSSI, AoA, ecc., insieme ad altre tecnologie come la UWB, per sfruttare il meglio di ciascuna e sviluppare una soluzione di posizionamento molto più accurata e affidabile.
Sviluppo futuro del posizionamento RSSI Bluetooth
La versione Bluetooth 5.2, rilasciata nel 2020, ha migliorato significativamente le sue capacità di posizionamento, incluso il supporto per il posizionamento AoA/AoD e la calibrazione RSSI. Nel frattempo, questi miglioramenti aumenteranno ulteriormente la precisione e l'affidabilità del posizionamento Bluetooth. Non c'è dubbio che le future versioni di Bluetooth continueranno a migliorare le capacità di posizionamento.
L'utilizzo di una singola tecnologia wireless per il posizionamento presenta i suoi limiti. Pertanto, integrare i vantaggi di più tecnologie è la tendenza del futuro. Ad esempio, combinare il Bluetooth RSSI con il posizionamento tramite impronte digitali Wi-Fi o utilizzarlo in combinazione con tecnologie più accurate come la banda ultralarga (UWB).
Se stai pensando di adottare una soluzione di posizionamento RSSI tramite Bluetooth, contatta il nostro esperto Bluetooth!
