Магазин
Технологии позиционирования на открытом воздухе, такие как GPS, Beidou и GNSS, сегодня невероятно популярны и широко применяются. Заметную интеграцию можно увидеть в таких приложениях, как Google Maps. Тем не менее, мы проводим почти 90% времени в помещениях, где сигналы GPS работают не очень хорошо. Именно поэтому позиционирование по RSSI так популярно для помещений. Для связи по Bluetooth значения RSSI показывают уровень сигнала и качество соединения. Здесь мы подробнее расскажем об RSSI Bluetooth, включая его нормальный диапазон и влияние на связь по Bluetooth.
Понимание Bluetooth RSSI
RSSI (Received Signal Strength Indication) – это показатель, позволяющий оценить уровень сигнала, принимаемого беспроводным устройством. В Bluetooth-связи значения RSSI легко интерпретируются: они отражают уровень сигнала, принимаемого Bluetooth-устройством, и напрямую влияют на качество связи и дальность связи. Значения RSSI Bluetooth обычно отображаются в виде отрицательных значений в дБм. Более высокие значения (ближе к 0) указывают на более высокий уровень сигнала. Теоретически диапазон RSSI составляет от 0 до -100 дБм.
Обычно используемая формула:
Значение RSSI = Мощность принимаемого сигнала – Уровень шума + Калибровочный коэффициент.
Преимущества Bluetooth RSSI невозможно переоценить, что подтверждается широким спектром его применения в помещениях. С появлением новых версий Bluetooth, особенно с развитием технологии Bluetooth с низким энергопотреблением, позиционирование по Bluetooth RSSI станет ещё более доступным.
Типы методов позиционирования Bluetooth RSSI
Методы локализации Bluetooth RSSI можно в основном разделить на локализацию на стороне сети и локализацию на стороне терминала.
Позиционирование на стороне сети
Сетевое позиционирование в основном включает в себя мобильные телефоны, Bluetooth-маяки, Bluetooth-шлюзы и серверы. Необходимо развернуть Bluetooth-маяки и шлюзы в целевой области. Когда терминальное устройство попадает в зону, оно получает данные RSSI от маяка. Затем шлюз отправляет собранные данные на облачный сервер, который затем использует алгоритм позиционирования для расчета местоположения устройства. Чем меньше расстояние между передатчиком и приёмником, тем выше уровень сигнала.
Преимущество этого метода заключается в том, что облачный сервер централизует вычисления, а мобильному устройству требуется только сканировать и передавать данные. Недостаток, конечно же, заключается в необходимости предварительного развертывания соответствующей инфраструктуры для позиционирования.
Позиционирование на стороне терминала
Архитектура определения местоположения на стороне терминала гораздо проще и в основном включает в себя само устройство и Bluetooth-маяки в целевой области. Конечное устройство, например, смартфон, получает данные RSSI от различных маяков, а затем использует встроенный алгоритм позиционирования для оценки своего местоположения.
Несомненно, оба метода требуют развертывания определённого количества Bluetooth-маяков в целевой зоне. С точки зрения применения, позиционирование на стороне сети в основном используется для отслеживания и определения местоположения людей и имущества, тогда как позиционирование на стороне терминала больше подходит для навигации внутри помещений.
Алгоритмы позиционирования Bluetooth RSSI
Само собой разумеется, что ключ к определению местоположения по RSSI по Bluetooth — это точное преобразование данных RSSI в координаты местоположения. Здесь мы классифицируем алгоритмы определения местоположения по RSSI по Bluetooth на две основные категории в зависимости от наличия или отсутствия измерения расстояния: алгоритмы, требующие измерения расстояния, и алгоритмы, не требующие измерения расстояния.
Требуется измерение расстояния
Давайте сначала рассмотрим алгоритмы локализации, требующие измерения расстояния. Такие алгоритмы сначала оценивают расстояние между целевым устройством и опорным узлом (например, маяком) с помощью значений RSSI. Затем, на основе полученной информации о расстоянии, вычисляются окончательные координаты местоположения целевого устройства.
(1) Трилатерация
Трилатерация — относительно простой алгоритм локализации, основанный на геометрических принципах треугольников. Предположим, что имеются три неколлинеарных Bluetooth-маяка AP1, AP2, AP3, расстояния которых до целевой точки M равны d1, d2, d3 соответственно. Мы можем нарисовать три окружности, центры которых будут находиться в этих трёх маяках, а радиусы — d1, d2, d3 соответственно. Точка пересечения этих трёх окружностей также будет координатами целевой точки M.
(2) Метод наименьших квадратов
В реальности мы обычно размещаем более трёх Bluetooth-маяков в целевой области. На этом этапе нам необходимо использовать метод наименьших квадратов для оценки местоположения целевого узла. Предполагая, что мы измеряем расстояние от каждого маяка до целевого узла M, мы можем получить уравнение, основанное на каждой паре известных расстояния и местоположения маяка. Объединяя все уравнения, мы получаем систему переопределённых уравнений. Наконец, решение этой системы уравнений методом наименьших квадратов даёт нам оценку оптимальных координат местоположения неизвестного узла M.
Измерение расстояния не требуется
Эти алгоритмы напрямую используют данные RSSI для определения местоположения. Нам не нужно предварительно рассчитывать расстояние, поэтому мы можем эффективно избежать ошибки оценки расстояния.
(1) Определение центроида
Центр масс — это воображаемая точка, в которой сосредоточена масса системы. Метод центроидного позиционирования оценивает местоположение центра масс геометрической фигуры системы, используя данные о положениях окружающих маяков, которые она принимает. Алгоритм этого метода прост для понимания, требует небольших вычислительных затрат, а точность позиционирования зависит от плотности установленных маяков.
(2) Дактилоскопия RSSI
Дактилоскопирование RSSI — это непараметрический метод локализации, основанный на анализе сцены. Он определяет местоположение путём сопоставления сигналов в реальном времени с базой данных RSSI. Позиционирование по отпечаткам пальцев состоит из двух этапов: 1) На этапе офлайн формируется библиотека отпечатков пальцев на основе данных RSSI в помещении. 2) На этапе онлайн-позиционирования находит отпечаток, наилучшим образом соответствующий полученному сигналу, используя его местоположение в качестве оценки местоположения цели. Преимуществами этого метода являются высокая точность при небольшом количестве опорных точек, но недостатками являются сложность создания базы данных отпечатков пальцев и сложность адаптации к изменениям окружающей среды.
Измерение RSSI и связь по Bluetooth
В предыдущем разделе мы обсудили различные методы и алгоритмы измерения значений RSSI Bluetooth. На практике сложно создать оптимальную среду, поэтому уровень сигнала Bluetooth будет снижаться по мере увеличения расстояния. Диапазон значений RSSI составляет от 0 до 100, причём 0 — идеальный случай, которого на практике не существует. Когда значение RSSI близко к -50, качество сигнала Bluetooth-соединения хорошее.
– Выше -50 дБм: чрезвычайно сильный сигнал для связи на близком расстоянии
– от -50 дБм до -80 дБм: Идеальная сила сигнала для обычного использования на небольшом расстоянии
– Ниже -80 дБм: очень слабый сигнал с риском потери пакетов и периодических отключений
В технологии Bluetooth Low Energy (BLE ) RSSI является одним из параметров, которые необходимо сообщать. RSSI периодических рекламных каналов важен для определения местоположения, поскольку мобильные устройства сканируют их без подключения к сети. Для устройств BLE, из-за их более низкого энергопотребления, значения RSSI будут ниже, чем у классического Bluetooth на том же расстоянии. Для обеспечения связи с низким энергопотреблением обычно значение RSSI для BLE поддерживается в диапазоне от -50 до -80 дБм.
КАК cчёрт, Bluetooth RSSI включён smartphones
Благодаря популярности технологии Bluetooth мы часто используем Bluetooth на смартфонах для навигации в помещениях. Сегодня практически все смартфоны оснащены функцией просмотра значения Bluetooth RSSI подключенного устройства. В качестве примера рассмотрим систему Android. Действия следующие:
- Откройте «Настройки» и перейдите в раздел «Подключенные устройства» или «Настройки подключения».
- Включите Bluetooth.
- Телефон выполнит сканирование и отобразит ближайшие подключаемые Bluetooth-устройства.
- В списке устройств для каждого устройства отображается значение RSSI от -100 до 0, что соответствует уровню сигнала между телефоном и этим устройством.
Для проверки и мониторинга подробных записей значений RSSI Bluetooth можно использовать профессиональные инструменты, такие как BLE Scanner и BLE Tool. Наблюдая за изменениями значений RSSI устройств, мы можем получить интуитивное представление о приблизительном расстоянии и уровне сигнала между телефоном и каждым устройством. При перемещении телефона значение RSSI также изменится. Интересно, что показания RSSI могут различаться между устройствами, находящимися на одинаковом расстоянии.
Применение Bluetooth RSSI в rреальный мир sкенарий
Несмотря на некоторые трудности, которые необходимо преодолеть, технология позиционирования Bluetooth на основе RSSI по-прежнему имеет многообещающие перспективы применения. Как и любое достижение, весьма перспективно использование позиционирования Bluetooth RSSI в более широких областях. В настоящее время типичные сценарии применения включают, помимо прочего:
Навигация по позиционированию в помещении
В крупных закрытых помещениях, таких как торговые центры, выставочные залы, музеи и т. д., позиционирование по Bluetooth RSSI может предоставлять клиентам навигационные маршруты и информацию о местоположении. Кроме того, оно может определять порядок перемещения посетителей по крупным выставкам, избегая проблем со скоплением людей.
Управление активами и персоналом
На заводах, в парках и больницах мы можем устанавливать Bluetooth-маяки и метки на важных объектах и персонале. В сочетании с системой позиционирования Bluetooth RSSI мы можем обеспечить мониторинг и управление в режиме реального времени.
Умная розничная торговля и бизнес-аналитика
В розничной торговле использование позиционирования Bluetooth RSSI может открыть новые возможности для повышения ценности бизнеса. Отслеживая траектории движения покупателей и время их пребывания в магазине, ритейлеры могут анализировать их покупательское поведение. Это позволяет торговцам эффективно выявлять популярные товары и зоны с высокой проходимостью, разрабатывать планы промоакций и распределять сотрудников.
Умный дом и позиционирование в помещении
Разместив в домах небольшое количество Bluetooth-маяков, владельцы смогут отслеживать местоположение персонала и домашних животных в помещении, например, определять текущее местоположение пожилых людей или детей, чтобы предотвратить несчастные случаи. Кроме того, владельцы смогут автоматически регулировать работу бытовых приборов, таких как освещение, регуляторы температуры и т. д., в зависимости от местоположения пользователя, создавая по-настоящему умный дом.
Сравнение Bluetooth RSSI и Блютуз ССХ
Помимо позиционирования на основе RSSI, в технологии Bluetooth недавно появилась еще одна методика определения местоположения, известная как Bluetooth AoA . Она определяет местоположение мобильного устройства путем измерения угла, под которым радиосигнал достигает антенной решетки с помощью триангуляции. Теоретически, потенциальная точность позиционирования по методу AoA может достигать одного метра и даже больше, что значительно превосходит точность позиционирования традиционной технологии RSSI.
Таким образом, главным преимуществом позиционирования по RSSI является отсутствие сложной инфраструктуры и относительно низкая стоимость. Однако, стоит отметить, что основным недостатком является низкая чувствительность к условиям. Известное своей высокой точностью, позиционирование по AoA точнее позиционирования по RSSI. Конечно, у него есть и недостатки, такие как высокая стоимость инфраструктуры.
Более того, мы можем применять обе технологии одновременно. Например, оценив конкретную область, где находится цель, с помощью RSSI, мы можем применить метод AoA для точного позиционирования внутри неё. Вскоре мы сможем объединить многие из обсуждаемых технологий, таких как RSSI, AoA и т. д., наряду с другими технологиями, такими как UWB, чтобы использовать преимущества каждой из них и разработать гораздо более точное и надёжное решение для позиционирования.
Дальнейшее развитие позиционирования Bluetooth RSSI
Версия Bluetooth 5.2, выпущенная в 2020 году, значительно расширила возможности позиционирования, включая поддержку позиционирования AoA/AoD и калибровки RSSI. Кроме того, эти улучшения ещё больше повысят точность и надёжность позиционирования Bluetooth. Несомненно, будущие версии Bluetooth продолжат расширять возможности позиционирования.
Использование одной беспроводной технологии для позиционирования имеет свои ограничения. Поэтому в будущем ожидается интеграция преимуществ нескольких технологий. Например, сочетание Bluetooth RSSI с позиционированием по Wi-Fi-отпечаткам или использование его в сочетании с более точными технологиями, такими как UWB (сверхширокополосный).
Если вы интересуетесь внедрением решений по позиционированию Bluetooth RSSI, просто обратитесь к нашему эксперту по Bluetooth!
