Tecnologias de posicionamento externo como GPS, Beidou, GNSS estão na moda hoje e são amplamente utilizados. A integração proeminente pode ser vista em aplicativos como o Google Maps. Apesar disso, gastamos quase 90% do nosso tempo dentro de casa, onde esses 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 Bluetooth RSSI, incluindo seu alcance normal e impacto na comunicação Bluetooth.
Compreendendo o RSSI do Bluetooth
RSSI, que é a abreviatura de Indicação de intensidade do sinal recebido, refere-se à medição de avaliação da intensidade do sinal recebido por um dispositivo sem fio. Na comunicação Bluetooth, é fácil entender os valores RSSI do Bluetooth, representa a força do sinal que o dispositivo Bluetooth recebe e afeta diretamente a qualidade e a distância da comunicação. Os valores RSSI do Bluetooth são normalmente mostrados como valores negativos de dBm. Valores mais altos (próximo a 0) indicar melhor intensidade do sinal. Teoricamente, a faixa RSSI é de 0 a -100dBm.
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 ver pela sua ampla gama de aplicações internas. Com mais iterações de versões Bluetooth, especialmente com o desenvolvimento da tecnologia Bluetooth de baixo consumo de energia, O posicionamento Bluetooth RSSI ficará ainda mais disponível.
Tipos de métodos de posicionamento Bluetooth RSSI
Os métodos de localização Bluetooth RSSI 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 telefones celulares, Sinalizadores Bluetooth, Gateways Bluetooth, e servidores. Precisamos implantar beacons e gateways Bluetooth na área alvo. Quando o dispositivo terminal entra na área, ele receberá dados RSSI do beacon. Em seguida, o gateway enviará os dados coletados para o servidor em nuvem, e então o servidor usará o algoritmo de posicionamento para calcular a localização do dispositivo. Se a distância entre o transmissor e o receptor for menor, a intensidade do sinal será melhor.
Este método tem a vantagem de o servidor em nuvem centralizar o cálculo, e o dispositivo móvel só precisa digitalizar e relatar os dados. A desvantagem, claro, é que você precisa pré-implantar a infraestrutura relevante para posicionamento.
Posicionamento do lado do terminal
A arquitetura de localização do lado do terminal é muito mais simples e envolve principalmente o próprio dispositivo e beacons Bluetooth na área alvo. 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 que implantemos um certo 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 interna.
Algoritmos de posicionamento Bluetooth RSSI
Nem é preciso dizer que a chave para a localização Bluetooth RSSI é como converter com precisão os dados RSSI em coordenadas de posição. Aqui, classificamos os algoritmos de posicionamento Bluetooth RSSI em duas categorias principais com base na medição de distância ou não: algoritmos que requerem medição de distância e algoritmos que não requerem medição de distância.
Medição de distância necessária
Vejamos primeiro os algoritmos de localização que requerem medições de distância, este tipo de algoritmo precisa primeiro estimar a distância entre o dispositivo alvo e um nó de referência (ou seja,, um farol) usando valores RSSI. Então, com base nas informações de distância obtidas, as coordenadas de localização finais do dispositivo alvo são então 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, AP3, e suas distâncias ao ponto M alvo são d1, d2, d3, respectivamente. podemos desenhar três círculos com a posição desses três faróis como centro, e d1, d2, d3 como o raio, respectivamente. O ponto de intersecção desses três círculos também é as coordenadas 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 de destino. Supondo que medimos a distância de cada farol ao nó alvo M, podemos obter uma equação baseada em cada par de distância conhecida e localização do farol. Combinando todas as equações, podemos obter um sistema de equações sobredeterminadas. Finalmente, resolver este sistema de equações usando o método dos mínimos quadrados nos dá uma estimativa das coordenadas de localização ideais do nó desconhecido M.
Medição de distância não necessária
Esses algoritmos utilizam diretamente dados de impressão digital RSSI para localização. Não precisamos calcular a distância primeiro, para que possamos efetivamente evitar o erro de estimativa de distância.
(1) Determinação Centróide
O centro de massa é um ponto imaginário onde a massa de um sistema é considerada concentrada. O método de posicionamento centróide estima a localização do centróide de sua forma geométrica usando as posições dos faróis circundantes que recebe. O algoritmo deste método é fácil de entender, o esforço computacional é pequeno, e a precisão do posicionamento depende da densidade dos faróis implantados.
(2) Impressão digital RSSI
A impressão digital RSSI é uma técnica de localização não paramétrica baseada na análise de cena. Ele localiza combinando sinais em tempo real com um banco de dados de impressões digitais RSSI. O posicionamento da impressão digital consiste em duas etapas: 1) Uma fase off-line 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 de posição do alvo. Suas vantagens são 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 às mudanças ambientais.
Medição RSSI e comunicação Bluetooth
Na seção anterior, discutimos vários métodos e algoritmos para medir valores RSSI Bluetooth. Na prática, é difícil moldar o ambiente ideal, portanto, a intensidade do sinal Bluetooth diminuirá à medida que a distância de comunicação aumentar. O sinal RSSI varia de 0 ~ 100, com 0 sendo o caso ideal, o que não existe na prática. Quando o valor RSSI está próximo de -50, os sinais de sinal das conexões Bluetooth são bons.
– Acima de -50dBm: Sinal extremamente forte para comunicação em 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
No Bluetooth Low Energy, RSSI é um dos parâmetros que devem ser reportados. O RSSI dos canais de publicidade periódica é importante para a localização porque os dispositivos móveis os verificam sem conexão. Para dispositivos BLE, devido ao seu menor poder, seus valores RSSI serão inferiores aos do Bluetooth clássico à mesma distância. Para conseguir uma comunicação de baixa potência, o valor geral do BLE RSSI é mantido em -50 ~ -80dBm.
Como cdiabos, Bluetooth RSSI ativado ssmartphones
Devido à popularidade da tecnologia Bluetooth, costumamos usar nosso smartphone Bluetooth para navegação interna em nossas vidas diárias. Hoje em dia quase todos os smartphones oferecem a função de visualizar o valor Bluetooth RSSI do dispositivo conectado. Aqui tomamos o sistema Android como exemplo, os passos são os seguintes:
- Abrir “Configurações” e vai para “Dispositivos conectados” ou “Preferências de conexão”.
- Habilitar Bluetooth.
- O telefone irá verificar 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 abrangentes de valores RSSI do Bluetooth, podemos usar ferramentas profissionais como BLE Scanner e BLE Tool. Observando as mudanças 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. Interessantemente, As leituras RSSI podem ser diferentes entre dispositivos à mesma distância.
Aplicações de Bluetooth RSSI em Rmundo real scenarios
Apesar de alguns desafios que precisam ser superados, A tecnologia de posicionamento Bluetooth baseada em RSSI ainda tem uma aplicação promissora. Como é o caso com qualquer avanço, é bastante promissor encontrar o posicionamento Bluetooth RSSI em mais áreas. Atualmente, alguns cenários de aplicação típicos incluem, mas não estão limitados a:
Navegação de posicionamento interno
Em grandes locais 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 de, pode orientar a ordem em que os visitantes visitam grandes exposições, evitando problemas de aglomeração.
Gestão de Ativos e Pessoal
Nas fábricas, parques, e hospitais, podemos instalar Beacons e tags Bluetooth em ativos e pessoal importantes. Combinado com o sistema de posicionamento Bluetooth RSSI, podemos obter monitoramento e gerenciamento em tempo real.
Análise Inteligente de Varejo e Negócios
No varejo, usar o posicionamento Bluetooth RSSI pode abrir novas oportunidades para agregar valor comercial aos varejistas. Através do rastreamento das trajetórias de movimentação dos clientes e seu tempo de permanência, os varejistas podem analisar os comportamentos de compra dos clientes. Consequentemente, é eficaz para os comerciantes identificarem produtos populares e áreas de alto tráfego, e montar seu plano promocional e providenciar a colocação de seus funcionários.
Casa inteligente e posicionamento interno
Ao implantar um pequeno número de beacons Bluetooth nas residências, os proprietários podem obter rastreamento de localização interna de funcionários e animais de estimação, como saber a localização atual de idosos ou crianças para evitar que sofram acidentes. Além disso, os proprietários podem ajustar automaticamente eletrodomésticos, como luzes, controles de temperatura, etc., de acordo com a localização do usuário, alcançando uma experiência de casa verdadeiramente inteligente.
Comparação de Bluetooth RSSI e Bluetooth AoA
Além do posicionamento baseado em RSSI, existe 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 com triangulação. O posicionamento potencial do AoA pode atingir um metro ou até mais em teoria, que supera em muito a precisão de posicionamento da tecnologia RSSI tradicional.
Portanto, o principal benefício do posicionamento RSSI é a ausência de infraestrutura complicada, bem como o custo bastante baixo. Contudo, posso notar isso, 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. Claro, também tem desvantagens, como infraestrutura de alto custo.
Além disso, podemos aplicar as duas tecnologias juntas. Por exemplo, depois de estimar a área específica onde o alvo está localizado através do RSSI, podemos empregar o método AoA para posicionamento preciso dentro de uma determinada área. Em breve, somos capazes de incorporar muitas tecnologias discutidas como RSSI, AoA, etc., juntamente com outras tecnologias, como UWB, para utilizar o melhor de cada uma e desenvolver uma solução de posicionamento muito mais precisa e confiável.
Desenvolvimento futuro do posicionamento Bluetooth RSSI
O Bluetooth 5.2 versão, lançado em 2020, melhorou significativamente suas capacidades de posicionamento, incluindo suporte para posicionamento AoA/AoD e calibração RSSI. Entretanto, essas melhorias aumentarão ainda mais a precisão e a confiabilidade do posicionamento Bluetooth. Não há dúvida de que as futuras versões do Bluetooth continuarão a fortalecer as capacidades de posicionamento.
Usar uma única tecnologia sem fio para posicionamento tem suas limitações. Portanto, integrar as vantagens de múltiplas tecnologias é a tendência futura. Como combinar Bluetooth RSSI com posicionamento de impressão digital WiFi ou usá-lo em conjunto com tecnologias mais precisas como UWB (Banda ultralarga).
Se você está se perguntando sobre a adoção de alguma solução de posicionamento Bluetooth RSSI, basta falar com nosso especialista em Bluetooth!
