Tecnologie di posizionamento esterno come il GPS, Beidou, I GNSS sono di gran moda oggi e trovano ampia applicazione. L'importante integrazione può essere vista in app come Google Maps. ciò nonostante, spendiamo quasi 90% del nostro tempo al chiuso, dove quei segnali GPS non funzionano bene. Questo è il motivo per cui il posizionamento RSSI è popolare per gli ambienti interni. Per la comunicazione Bluetooth, I valori RSSI mostrano la potenza del segnale e la qualità della connessione. Qui, spiegheremo di più su Bluetooth RSSI, compreso il raggio d'azione normale e l'impatto sulla comunicazione Bluetooth.
Comprendere l'RSSI Bluetooth
RSSI, che è l'abbreviazione di indicazione della potenza del segnale ricevuto, si riferisce alla misurazione della valutazione della potenza del segnale ricevuto da un dispositivo wireless. Nella comunicazione Bluetooth, è facile comprendere i valori RSSI Bluetooth, rappresenta la forza del segnale ricevuto dal dispositivo Bluetooth e influisce direttamente sulla qualità e sulla distanza della comunicazione. I valori RSSI Bluetooth vengono generalmente visualizzati come valori dBm negativi. Valori più alti (più vicino a 0) indicano una migliore potenza del segnale. Teoricamente, l'intervallo RSSI proviene da 0 a -100dBm.
La formula comunemente usata è
Valore RSSI = potenza del segnale ricevuto – Piano del rumore + Fattore di calibrazione.
È impossibile sopravvalutare i vantaggi del Bluetooth RSSI, come possiamo vedere dalla sua vasta gamma di applicazioni indoor. Con più iterazioni di versioni Bluetooth, soprattutto con lo sviluppo della tecnologia Bluetooth a basso consumo energetico, Il posizionamento RSSI Bluetooth diventerà ancora più facilmente disponibile.
Tipi di metodi di posizionamento RSSI Bluetooth
I metodi di localizzazione RSSI Bluetooth possono essere principalmente classificati in localizzazione lato rete e localizzazione lato terminale.
Posizionamento lato rete
Il posizionamento lato rete comprende principalmente i telefoni cellulari, Beacon Bluetooth, Gateway Bluetooth, e server. Dobbiamo distribuire beacon e gateway Bluetooth nell'area target. Quando il dispositivo terminale entra nell'area, riceverà i dati RSSI dal beacon. Quindi il gateway invierà i dati raccolti al server cloud, quindi il server utilizzerà l'algoritmo di posizionamento per calcolare la posizione del dispositivo. Se la distanza tra trasmettitore e ricevitore è più ravvicinata, la potenza del segnale sarà migliore.
Questo metodo ha il vantaggio che il server cloud centralizza il calcolo, e il dispositivo mobile deve solo scansionare e segnalare i dati. che fa risparmiare energia, ovviamente, è che è necessario pre-distribuire l'infrastruttura pertinente 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 target. Un dispositivo finale come uno smartphone riceve i dati RSSI da diversi beacon e quindi utilizza il suo algoritmo di posizionamento integrato per stimare la sua posizione.
Indubbiamente, entrambi i metodi richiedono l'implementazione di un certo numero di beacon Bluetooth nell'area target. In termini di applicazione, Il posizionamento lato rete viene utilizzato principalmente per tracciare e localizzare la posizione di persone e risorse, 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 o meno: algoritmi che richiedono la misurazione della distanza e algoritmi che non richiedono la misurazione della distanza.
Misurazione della distanza richiesta
Diamo prima un’occhiata agli algoritmi di localizzazione che richiedono misurazioni della distanza, questo tipo di algoritmo necessita prima di stimare la distanza tra il dispositivo target e un nodo di riferimento (cioè, un faro) utilizzando i valori RSSI. Poi, in base alle informazioni sulla distanza ottenute, vengono quindi calcolate le coordinate della posizione finale del dispositivo di destinazione.
(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 le loro distanze dal punto M bersaglio sono d1, d2, d3, rispettivamente. possiamo disegnare tre cerchi con la posizione di questi tre fari come centro, e d1, d2, d3 come raggio, rispettivamente. Il punto di intersezione di questi tre cerchi è anche le coordinate del punto M target.
(2) Il metodo dei minimi quadrati
In realtà, di solito ne distribuiamo più di 3 Beacon Bluetooth nell'area di destinazione. A questo punto, dobbiamo utilizzare il metodo dei minimi quadrati per stimare la posizione del nodo target. Supponendo di misurare la distanza da ciascun faro al nodo bersaglio M, possiamo ottenere un'equazione basata su ciascuna coppia di distanza nota e posizione del faro. Combinando tutte le equazioni, possiamo ottenere un sistema di equazioni sovradeterminate. Finalmente, risolvendo questo sistema di equazioni utilizzando il metodo dei minimi quadrati ci dà una stima delle coordinate di posizione ottimale del nodo sconosciuto M.
Misurazione della distanza non richiesta
Questi algoritmi utilizzano direttamente i dati delle impronte digitali RSSI per la localizzazione. Non è necessario calcolare prima la distanza, in questo modo possiamo effettivamente evitare 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 baricentro stima la posizione del baricentro della sua forma geometrica utilizzando le posizioni dei beacon circostanti che riceve. L'algoritmo di questo metodo è facile da capire, lo sforzo computazionale è piccolo, e la precisione del posizionamento dipende dalla densità dei fari distribuiti.
(2) Impronte digitali RSSI
L'RSSI Fingerprinting è una tecnica di localizzazione non parametrica basata sull'analisi della scena. Localizza 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 costruisce la libreria di impronte digitali dai dati RSSI interni. 2) Una fase di posizionamento online trova 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 l’ardua creazione di un database di impronte digitali e la difficoltà di adattamento ai cambiamenti ambientali.
Misurazione RSSI e comunicazione Bluetooth
Nella sezione precedente, abbiamo discusso vari metodi e algoritmi per misurare i valori RSSI Bluetooth. In pratica, è difficile modellare l’ambiente ottimale, quindi la potenza del segnale Bluetooth diminuirà all'aumentare della distanza di comunicazione. Il segnale RSSI varia da 0 ~ 100, con 0 essendo il caso ideale, che in pratica non esiste. Quando il valore RSSI è vicino a -50, i segnali delle connessioni Bluetooth sono buoni.
– Sopra -50dBm: Segnale estremamente forte per la comunicazione a campo vicino
– -50dBm fino a -80 dBm: Intensità del segnale ideale per il normale utilizzo a corto raggio
– Sotto -80dBm: Segnale molto debole con rischio di perdita di pacchetti e disconnessioni intermittenti
Nel Bluetooth a bassa energia, RSSI è uno dei parametri che devono essere segnalati. L'RSSI dei canali pubblicitari periodici è importante per la localizzazione perché i dispositivi mobili li scansionano senza connessione. Per dispositivi BLE, a causa della loro minore potenza, i loro valori RSSI saranno inferiori rispetto al Bluetooth classico alla stessa distanza. Al fine di ottenere una comunicazione a bassa potenza, il valore generale di BLE RSSI è mantenuto a -50 ~ -80dBm.
Come cdiamine, Bluetooth RSSI è attivo Smartphone
A causa della popolarità della tecnologia Bluetooth, utilizziamo spesso il Bluetooth del nostro smartphone per la navigazione interna nella nostra vita quotidiana. Al giorno d'oggi quasi tutti gli smartphone prevedono la funzione per visualizzare il valore RSSI Bluetooth del dispositivo connesso. Qui prendiamo come esempio il sistema Android, i passi sono come segue:
- Aprire “Impostazioni” e vai a “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, un valore RSSI compreso tra -100 e 0 viene visualizzato per ciascun dispositivo, che rappresenta la potenza del segnale tra il telefono e quel dispositivo.
Se desideri controllare e monitorare i record completi dei valori 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 della potenza del segnale tra il telefono e ciascun dispositivo. Se spostiamo il telefono, cambierà anche il valore RSSI. Interessante, Le letture RSSI potrebbero essere diverse tra i dispositivi alla stessa distanza.
Applicazioni di 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 nel caso di qualsiasi progresso, è piuttosto promettente trovare il posizionamento RSSI Bluetooth in più aree. Attualmente, alcuni scenari applicativi tipici includono ma non sono limitati a:
Navigazione per il posizionamento in ambienti interni
In grandi ambienti interni come i centri commerciali, padiglioni espositivi, musei, eccetera., Il posizionamento RSSI Bluetooth può fornire ai clienti percorsi di navigazione e servizi di informazioni sulla posizione. Oltretutto, può guidare l'ordine in cui i visitatori visitano le grandi mostre, evitando problemi di affollamento.
Gestione delle risorse e del personale
Nelle fabbriche, parchi, e ospedali, possiamo installare Beacon e tag Bluetooth su beni e personale importanti. Combinato con il sistema di posizionamento Bluetooth RSSI, possiamo ottenere il monitoraggio e la gestione in tempo reale.
Vendita al dettaglio intelligente e analisi aziendale
Nella vendita al dettaglio, l'utilizzo del posizionamento RSSI Bluetooth può aprire nuove opportunità per apportare valore aziendale ai rivenditori. Attraverso il tracciamento delle traiettorie di movimento dei clienti e del loro tempo di permanenza, i rivenditori possono analizzare i comportamenti di acquisto dei clienti. conseguentemente, è efficace per i commercianti identificare i prodotti popolari e le aree ad alto traffico, e impostare il loro piano promozionale e organizzare il collocamento dei propri dipendenti.
Casa intelligente e posizionamento interno
Distribuendo un piccolo numero di beacon Bluetooth nelle case, i proprietari di casa possono ottenere il rilevamento della posizione interna del personale e degli animali domestici, come conoscere la posizione attuale degli anziani o dei bambini per evitare che abbiano incidenti. Inoltre, i proprietari di casa possono regolare automaticamente gli elettrodomestici come le luci, controlli della temperatura, eccetera., in base alla posizione dell'utente, ottenere un'esperienza di casa davvero intelligente.
Confronto tra Bluetooth RSSI e Bluetooth AoA
A parte il posizionamento basato su RSSI, esiste un altro tipo di tecnica di posizionamento recentemente emersa nel posizionamento Bluetooth, conosciuto come BluetoothAoA. Determina la posizione del dispositivo mobile misurando l'angolo con cui il segnale radio arriva alla schiera di antenne con triangolazione. In teoria, il potenziale posizionamento AoA può raggiungere un metro o anche di più, che supera di gran lunga la precisione di posizionamento della tradizionale tecnologia RSSI.
Perciò, il vantaggio principale del posizionamento RSSI è l'assenza di infrastrutture complicate e il costo piuttosto basso. però, Lo posso notare, lo svantaggio principale è la scarsa sensibilità alle condizioni. Noto per la sua elevata precisione, Il posizionamento AoA è più accurato rispetto al posizionamento RSSI. Ovviamente, presenta anche svantaggi come le infrastrutture ad alto costo.
inoltre, possiamo applicare entrambe le tecnologie insieme. Per esempio, dopo aver stimato l'area specifica in cui si trova l'obiettivo tramite RSSI, possiamo utilizzare il metodo AoA per un posizionamento preciso all'interno di una determinata area. Presto, siamo in grado di incorporare molte tecnologie discusse come RSSI, AoA, eccetera., insieme ad altre tecnologie come UWB per utilizzare il meglio di ciascuna e sviluppare una soluzione di posizionamento molto più precisa e affidabile.
Sviluppo futuro del posizionamento RSSI Bluetooth
Il Bluetooth 5.2 versione, rilasciato dentro 2020, migliorato significativamente le sue capacità di posizionamento, incluso il supporto per il posizionamento AoA/AoD e la calibrazione RSSI. nel frattempo, questi miglioramenti miglioreranno ulteriormente la precisione e l'affidabilità del posizionamento Bluetooth. Non c’è dubbio che le future versioni del Bluetooth continueranno a rafforzare le capacità di posizionamento.
L'utilizzo di un'unica tecnologia wireless per il posizionamento presenta i suoi limiti. Perciò, integrare i vantaggi di più tecnologie è la tendenza futura. Ad esempio combinando RSSI Bluetooth con il posizionamento delle impronte digitali WiFi o utilizzandolo insieme a tecnologie più accurate come UWB (Banda ultralarga).
Se ti stai chiedendo se adottare soluzioni di posizionamento RSSI Bluetooth, parla con il nostro esperto Bluetooth!
