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Tecnologias de posicionamento externo como GPS, Beidou e GNSS estão na moda hoje em dia e são amplamente utilizadas. A integração proeminente pode ser vista em aplicativos como o Google Maps. No entanto, passamos quase 90% do nosso tempo em ambientes fechados, onde os sinais de GPS não funcionam bem. É por isso que o posicionamento RSSI é popular para locais internos. Para comunicação Bluetooth, os valores RSSI mostram a intensidade do sinal e a qualidade da conexão. Aqui, explicaremos mais sobre o RSSI Bluetooth, incluindo seu alcance normal e impacto na comunicação Bluetooth.
Compreendendo o Bluetooth RSSI
RSSI, abreviação de Indicação de Intensidade do Sinal Recebido, refere-se à medição da intensidade do sinal recebido por um dispositivo sem fio. Na comunicação Bluetooth, é fácil entender os valores RSSI do Bluetooth. Eles representam a intensidade do sinal que o dispositivo Bluetooth recebe e afetam diretamente a qualidade e a distância da comunicação. Os valores RSSI do Bluetooth são normalmente exibidos como valores negativos em dBm. Valores mais altos (próximos de 0) indicam melhor intensidade do sinal. Teoricamente, a faixa RSSI varia de 0 a -100 dBm.
A fórmula comumente usada é
Valor RSSI = Potência do Sinal Recebido – Piso de Ruído + Fator de Calibração.
É impossível exagerar os benefícios do Bluetooth RSSI, como podemos observar em sua ampla gama de aplicações em ambientes internos. Com mais iterações de versões do Bluetooth, especialmente com o desenvolvimento da tecnologia Bluetooth de baixo consumo de energia, o posicionamento Bluetooth RSSI se tornará ainda mais acessível.
Tipos de métodos de posicionamento RSSI Bluetooth
Os métodos de localização RSSI do Bluetooth podem ser categorizados principalmente em localização do lado da rede e localização do lado do terminal.
Posicionamento do lado da rede
O posicionamento do lado da rede inclui principalmente celulares, beacons Bluetooth, gateways Bluetooth e servidores. Precisamos implantar beacons e gateways Bluetooth na área de destino. Quando o dispositivo terminal entra na área, ele recebe dados RSSI do beacon. Em seguida, o gateway envia os dados coletados para o servidor em nuvem, que, por sua vez, usa o algoritmo de posicionamento para calcular a localização do dispositivo. Quanto menor a distância entre o transmissor e o receptor, melhor a intensidade do sinal.
Este método tem a vantagem de que o servidor em nuvem centraliza o cálculo, e o dispositivo móvel precisa apenas escanear e reportar os dados. A desvantagem, claro, é que você precisa pré-implantar a infraestrutura relevante para o posicionamento.
Posicionamento do lado do terminal
A arquitetura da localização do lado do terminal é muito mais simples e envolve principalmente o próprio dispositivo e beacons Bluetooth na área de destino. Um dispositivo final, como um smartphone, recebe dados RSSI de diferentes beacons e, em seguida, usa seu algoritmo de posicionamento integrado para estimar sua localização.
Sem dúvida, ambos os métodos exigem a implantação de um determinado número de beacons Bluetooth na área-alvo. Em termos de aplicação, o posicionamento do lado da rede é usado principalmente para rastrear e localizar a posição de pessoas e ativos, enquanto o posicionamento do lado do terminal é mais adequado para navegação em ambientes internos.
Algoritmos de posicionamento RSSI Bluetooth
É evidente que a chave para a localização RSSI via Bluetooth é como converter com precisão os dados RSSI em coordenadas de posição. Aqui, classificamos os algoritmos de posicionamento RSSI via Bluetooth em duas categorias principais, com base na medição de distância ou não: algoritmos que exigem medição de distância e algoritmos que não exigem medição de distância.
Medição de distância necessária
Vamos primeiro analisar algoritmos de localização que exigem medições de distância. Esse tipo de algoritmo precisa primeiro estimar a distância entre o dispositivo alvo e um nó de referência (ou seja, um beacon) usando valores RSSI. Em seguida, com base nas informações de distância obtidas, as coordenadas finais de localização do dispositivo alvo são calculadas.
(1) Trilateração
A trilateração é um algoritmo de localização relativamente simples, baseado nos princípios geométricos dos triângulos. Vamos supor que existam três beacons Bluetooth não colineares, AP1, AP2 e AP3, e suas distâncias até o ponto M alvo sejam d1, d2 e d3, respectivamente. Podemos desenhar três círculos com a posição desses três beacons como centro e d1, d2 e d3 como raio, respectivamente. O ponto de intersecção desses três círculos também é a coordenada do ponto M alvo.
(2) O Método dos Mínimos Quadrados
Na realidade, geralmente implantamos mais de 3 beacons Bluetooth na área-alvo. Neste ponto, precisamos usar o método dos mínimos quadrados para estimar a localização do nó-alvo. Supondo que medimos a distância de cada beacon ao nó-alvo M, podemos obter uma equação baseada em cada par de distância e localização do beacon conhecidos. Combinando todas as equações, podemos obter um sistema de equações sobredeterminadas. Finalmente, a resolução deste sistema de equações usando o método dos mínimos quadrados nos fornece uma estimativa das coordenadas de localização ótimas do nó desconhecido M.
Medição de distância não necessária
Esses algoritmos utilizam diretamente os dados de impressão digital RSSI para localização. Não precisamos calcular a distância primeiro, o que evita efetivamente o erro de estimativa de distância.
(1) Determinação do centróide
O centro de massa é um ponto imaginário onde se considera que a massa de um sistema está concentrada. O método de posicionamento por centroide estima a localização do centroide de sua forma geométrica usando as posições dos beacons circundantes que recebe. O algoritmo desse método é fácil de entender, o esforço computacional é pequeno e a precisão do posicionamento depende da densidade de beacons implantados.
(2) Impressão digital RSSI
A impressão digital RSSI é uma técnica de localização não paramétrica baseada na análise de cenas. Ela localiza por meio da comparação de sinais em tempo real com um banco de dados de impressões digitais RSSI. O posicionamento por impressão digital consiste em duas etapas: 1) Uma fase offline cria a biblioteca de impressões digitais a partir de dados RSSI internos. 2) Uma fase de posicionamento online encontra a melhor correspondência de impressão digital com o sinal recebido, usando sua localização como estimativa da posição do alvo. Suas vantagens são a alta precisão com poucos pontos de referência, mas as desvantagens incluem a árdua criação de um banco de dados de impressões digitais e a dificuldade de adaptação a mudanças ambientais.
Medição RSSI e comunicação Bluetooth
Na seção anterior, discutimos vários métodos e algoritmos para medir os valores de RSSI do Bluetooth. Na prática, é difícil moldar o ambiente ideal, portanto, a intensidade do sinal Bluetooth diminuirá à medida que a distância de comunicação aumenta. O sinal RSSI varia de 0 a 100, sendo 0 o caso ideal, o que não existe na prática. Quando o valor de RSSI está próximo de -50, os sinais das conexões Bluetooth estão bons.
– Acima de -50dBm: Sinal extremamente forte para comunicação de campo próximo
– -50dBm a -80dBm: Intensidade de sinal ideal para uso normal de curto alcance
– Abaixo de -80dBm: Sinal muito fraco com risco de perda de pacotes e desconexões intermitentes
In Bluetooth Low EnergyO RSSI é um dos parâmetros que devem ser reportados. O RSSI de canais de publicidade periódica é importante para a localização, pois os dispositivos móveis os escaneiam sem conexão. Para dispositivos BLE, devido à sua menor potência, seus valores de RSSI serão menores do que os do Bluetooth clássico à mesma distância. Para alcançar uma comunicação de baixa potência, o valor geral do RSSI BLE é mantido entre -50 e -80 dBm.
Como cque diabos Bluetooth RSSI ligado ssmartphones
Devido à popularidade da tecnologia Bluetooth, frequentemente usamos o Bluetooth do smartphone para navegação em ambientes internos no nosso dia a dia. Hoje em dia, quase todos os smartphones oferecem a função de visualizar o valor RSSI do Bluetooth do dispositivo conectado. Aqui, usamos o sistema Android como exemplo. Os passos são os seguintes:
- Abra “Configurações” e vá em “Dispositivos conectados” ou “Preferências de conexão”.
- Ative o Bluetooth.
- O telefone irá escanear e exibir dispositivos Bluetooth conectáveis próximos.
- Na lista de dispositivos, um valor RSSI entre -100 e 0 é mostrado para cada dispositivo, representando a intensidade do sinal entre o telefone e esse dispositivo.
Se você deseja verificar e monitorar os registros completos de valores RSSI do Bluetooth, podemos usar ferramentas profissionais como o BLE Scanner e o BLE Tool. Observando as alterações no valor RSSI dos dispositivos, podemos ter uma compreensão muito intuitiva da distância aproximada e da intensidade do sinal entre o telefone e cada dispositivo. Se movermos o telefone, o valor RSSI também mudará. Curiosamente, as leituras de RSSI podem ser diferentes entre dispositivos à mesma distância.
Aplicações do Bluetooth RSSI em rmundo real scenários
Apesar de alguns desafios que precisam ser superados, a tecnologia de posicionamento Bluetooth baseada em RSSI ainda tem uma aplicação promissora. Como acontece com qualquer avanço, é bastante promissor encontrar posicionamento Bluetooth RSSI em mais áreas. Atualmente, alguns cenários típicos de aplicação incluem, entre outros:
Navegação de posicionamento interno
Em grandes espaços internos, como shoppings, salas de exposição, museus, etc., o posicionamento Bluetooth RSSI pode fornecer aos clientes rotas de navegação e serviços de informações de localização. Além disso, pode orientar a ordem de visitação dos visitantes em grandes exposições, evitando problemas de aglomeração.
Gestão de Ativos e Pessoal
Em fábricas, parques e hospitais, podemos instalar Beacons e tags Bluetooth sobre ativos e pessoal importantes. Combinado com o sistema de posicionamento Bluetooth RSSI, podemos obter monitoramento e gerenciamento em tempo real.
Varejo Inteligente e Análise de Negócios
No varejo, o uso do posicionamento Bluetooth RSSI pode abrir novas oportunidades para agregar valor comercial aos varejistas. Ao rastrear as trajetórias de movimento dos clientes e seu tempo de permanência, os varejistas podem analisar o comportamento de compra dos clientes. Consequentemente, é eficaz para os comerciantes identificarem produtos populares e áreas de alto tráfego, além de definirem seu plano promocional e organizarem o posicionamento de seus funcionários.
Posicionamento interno e doméstico inteligente
Com a implantação de um pequeno número de beacons Bluetooth em residências, os proprietários podem rastrear a localização interna de pessoas e animais de estimação, como, por exemplo, a localização atual de idosos ou crianças, evitando acidentes. Além disso, os proprietários podem ajustar automaticamente os eletrodomésticos, como luzes, controles de temperatura, etc., de acordo com a localização do usuário, proporcionando uma experiência verdadeiramente inteligente em casa.
Comparação de Bluetooth RSSI e Bluetooth AoA
Além do posicionamento baseado em RSSI, há outro tipo de técnica de posicionamento que surgiu recentemente no posicionamento Bluetooth, conhecido como Bluetooth AoA. Ele determina a localização do dispositivo móvel medindo o ângulo em que o sinal de rádio chega ao conjunto de antenas por meio de triangulação. O posicionamento potencial do AoA pode atingir um metro ou até mais, em teoria, o que supera em muito a precisão de posicionamento da tecnologia RSSI tradicional.
Portanto, a principal vantagem do posicionamento RSSI é a ausência de infraestrutura complexa, além do custo relativamente baixo. No entanto, posso observar que a principal desvantagem é a baixa sensibilidade às condições. Conhecido por sua alta precisão, o posicionamento AoA é mais preciso em comparação ao posicionamento RSSI. É claro que também apresenta desvantagens, como o alto custo da infraestrutura.
Além disso, podemos aplicar ambas as tecnologias em conjunto. Por exemplo, após estimar a área específica onde o alvo está localizado por meio de RSSI, podemos empregar o método AoA para um posicionamento preciso dentro de uma determinada área. Em breve, poderemos incorporar muitas tecnologias discutidas, como RSSI, AoA, etc., juntamente com outras tecnologias, como UWB, para aproveitar o melhor de cada uma e desenvolver uma solução de posicionamento muito mais precisa e confiável.
Desenvolvimento futuro do posicionamento RSSI Bluetooth
A versão Bluetooth 5.2, lançada em 2020, aprimorou significativamente seus recursos de posicionamento, incluindo suporte para posicionamento AoA/AoD e calibração RSSI. Além disso, essas melhorias aumentarão ainda mais a precisão e a confiabilidade do posicionamento Bluetooth. Não há dúvida de que as versões futuras do Bluetooth continuarão a aprimorar os recursos de posicionamento.
O uso de uma única tecnologia sem fio para posicionamento tem suas limitações. Portanto, integrar as vantagens de múltiplas tecnologias é a tendência futura. Por exemplo, combinar Bluetooth RSSI com posicionamento por impressão digital WiFi ou usá-lo em conjunto com tecnologias mais precisas, como UWB (banda ultralarga).
Se você estiver pensando em adotar alguma solução de posicionamento RSSI Bluetooth, basta falar com nosso especialista em Bluetooth!
