شرح تقنية البلوتوث RSSI: كيف يعمل في أنظمة التتبع القرب وأنظمة بليه

يمكن لنظام تتبع الأصول اكتشاف المئات من علامات بلوتوث ولا تزال تفشل في الإجابة على سؤال أساسي: في أي غرفة أو منطقة عمل يوجد الأصل?

يتلقى النظام إشارة, ولكن يجب تفسير هذه الإشارة قبل أن تصبح بيانات موقع مفيدة.

يعد Bluetooth RSSI إحدى الطرق الأكثر شيوعًا لإجراء تقدير الموقع الأول. ويبين مدى قوة البوابة, هاتف, أو اكتشف جهاز استقبال آخر إشارة Bluetooth. يمكن أن تساعد هذه المعلومات في تحديد ما إذا كان الأصل قريبًا أم لا, في أي منطقة من المحتمل أن تكون, أو ما إذا كان قد انتقل.

لكن, لا يعمل RSSI مثل شريط القياس. الجدران, رفوف معدنية, الناس, هوائيات, ويمكن لجميع إعدادات الجهاز تغيير الإشارة. يجب أن يراعي النشر المفيد هذه الشروط قبل تحويل قراءات RSSI إلى أحداث موقع.

ما هو بلوتوث آر إس إس آي?

يرمز Bluetooth RSSI إلى مؤشر قوة إشارة البلوتوث المستلمة. فهو يقيس قوة إشارة البلوتوث عندما تصل تلك الإشارة إلى جهاز الاستقبال.

إحدى الطرق البسيطة لفهم مؤشر RSSI هي تخيل شخص يتحدث عبر الغرفة. يسمع المستمع القريب الصوت بوضوح. الشخص البعيد يسمعها بهدوء أكبر. الجدران, أثاث, وقد يؤدي الأشخاص الآخرون أيضًا إلى صعوبة سماع الصوت.

تتصرف إشارات البلوتوث بطريقة مماثلة. قد تعني الإشارة القوية أن جهاز الإرسال قريب من جهاز الاستقبال. قد تعني الإشارة الضعيفة أنها بعيدة. يمكن أن تؤثر العوائق وموضع الهوائي أيضًا على ما يكتشفه جهاز الاستقبال.

يتم الإبلاغ عن RSSI بشكل شائع بالديسيبل ملي واط, أو ديسيبل. تكون معظم قيم Bluetooth RSSI سالبة لأن طاقة الإشارة المستقبلة أقل بكثير من واحد ملي واط.

تمثل القيمة الأقرب إلى الصفر إشارة أقوى. على سبيل المثال, -45 ديسيبل مللي واط أقوى من -80 ديسيبل مللي واط.

وهذا لا يعني أن -45 dBm تمثل دائمًا مسافة محددة. يقيس RSSI قوة الإشارة المستلمة, لا المسافة نفسها.

يحدد Bluetooth SIG RSSI كأحد الإمكانيات المتعلقة بالمسافة المتوفرة في أنظمة Bluetooth منخفضة الطاقة. بلوتوث كما يدعم ميزات تحديد المواقع الأخرى, مشتمل اكتشاف الطريق الداخلي و سبر القناة.

كيف يعمل بلوتوث آر إس إس آي?

في نظام تتبع نموذجي, تبث علامة Bluetooth رسائل راديو قصيرة. تحتوي هذه الرسائل على معرف يسمح للنظام بالتعرف على العلامة.

بوابة قريبة, الهاتف الذكي, أو جهاز استقبال Bluetooth آخر يكتشف الرسالة ويسجل RSSI الخاص بها.

تتبع العملية عادةً خمس خطوات:

• تقوم علامة Bluetooth ببث معرفها.
• واحدة أو أكثر من البوابات تستقبل الإشارة.
• تسجل كل بوابة الوقت وRSSI.
• يقوم البرنامج بتصفية القراءات أو مقارنتها.
• يقوم النظام بتعيين حالة القرب, منطقة, أو الموقع المقدر

النظر في مستودع مع بوابات في الاستلام, تخزين, التدريج, والمناطق الصادرة. إذا تلقت بوابة التدريج بشكل متكرر أقوى إشارة من علامة منصة نقالة, قد يصنف البرنامج تلك المنصة على أنها موجودة في منطقة التدريج.

النتيجة المفيدة ليست قيمة RSSI الأولية. إنها القدرة على رؤية أن منصة التحميل ظلت في مرحلة أطول من المتوقع وقد تؤدي إلى تأخير الشحنة الخارجية.

يتم قياس RSSI بواسطة جهاز الاستقبال

تنتمي قراءة RSSI إلى جهاز الاستقبال الذي قام بتسجيلها.

قد تقوم بوابتان بالإبلاغ عن قيم RSSI مختلفة من نفس العلامة في نفس الوقت. بوابة واحدة قد تكون أقرب, لكن المسافة ليست السبب الوحيد المحتمل لهذا الاختلاف.

موقف البوابة, اتجاه الهوائي, المواد القريبة, حساسية المتلقي, ومعايرة الجهاز يمكن أن تؤثر جميعها على النتيجة.

ولهذا السبب لا ينبغي افتراض أن قيم RSSI من بوابات أو نماذج أجهزة مختلفة قابلة للمقارنة بشكل مباشر. قد تكون هناك حاجة للاختبار والمعايرة قبل أن تتمكن القراءات من دعم قواعد الموقع الموثوقة.

مزايا وقيود بلوتوث RSSI

غالبًا ما يتم استخدام Bluetooth RSSI للتتبع الداخلي نظرًا لأن العديد من أجهزة Bluetooth تدعمه بالفعل. قد لا تكون هناك حاجة إلى راديو منفصل لقياس المسافة.

المزايا الرئيسية

• يمكن أن تعمل علامات Bluetooth LE باستهلاك منخفض نسبيًا للطاقة.
• العديد من شرائح البلوتوث, بوابات, والأجهزة المحمولة تدعم آر إس إس آي.
• العلامات والبوابات متوفرة في العديد من الأحجام ونطاقات الأسعار.
• يمكن أن تدعم التكنولوجيا أعدادًا كبيرة من الأصول الموسومة.
• يعتبر RSSI مناسبًا للعديد من التطبيقات القريبة وعلى مستوى المنطقة.
• قد تدعم البنية التحتية الحالية لتقنية Bluetooth بعض احتياجات جمع البيانات.

تجعل هذه المزايا RSSI مفيدًا عندما يكون الهدف هو تحسين الرؤية العامة للأصول دون تثبيت بنية تحتية عالية الدقة للموقع في جميع أنحاء الموقع بأكمله.

القيود الرئيسية

• يمكن أن تتغير القراءات مع تغير البيئة.
• نفس المسافة يمكن أن تنتج قيم RSSI مختلفة.
• لا يظهر RSSI المسافة المحددة مباشرة.
• قد تُبلغ نماذج الأجهزة عن قيم مختلفة في ظل ظروف مماثلة.
• الجدران, معدن, معدات, ويمكن للناس أن يضعفوا الإشارات أو يعكسوها.
• قد يكون تحديد المواقع بدقة أمرًا صعبًا في البيئات الداخلية المعقدة.

تحدد هذه القيود المكان المناسب لـ RSSI.

إذا كانت العملية تحتاج فقط إلى معرفة ما إذا كان الأصل بالقرب من البوابة أو داخل الغرفة, قد يوفر RSSI معلومات كافية. إذا كانت العملية تعتمد على تحديد موقع الأصل ضمن مساحة صغيرة, قد تكون طريقة تحديد المواقع الأخرى أكثر ملاءمة.

كيف ينبغي تفسير قيم Bluetooth RSSI?

توفر النطاقات التالية مرجعًا عامًا. وهي ليست نطاقات مسافة ثابتة نظرًا لاختلاف ظروف الأجهزة والموقع.

تعد هذه النطاقات أكثر فائدة لمقارنة التغييرات داخل نظام واحد مقارنةً بمقارنة الأجهزة غير المرتبطة.

على سبيل المثال, قد تظهر العلامة عادةً عند حوالي -55 ديسيبل ميلي واط عندما تكون بالقرب من بوابة رصيف التحميل. إذا انخفضت القراءة لاحقًا إلى -75 ديسيبل مللي واط, أصبح مسار الراديو أضعف.

ربما تم نقل العلامة. وربما تم وضعه أيضًا خلف حاوية معدنية محملة. يظهر تغيير RSSI أن شيئًا ما قد تغير, لكنها لا تحدد السبب من تلقاء نفسها.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على تقنية Bluetooth RSSI

المسافة بين الأجهزة

تتناقص قوة الإشارة عمومًا مع زيادة المسافة بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال. تسمح هذه العلاقة لـ RSSI بدعم اكتشاف القرب.

لكن, نادرًا ما يكون فقدان الإشارة الداخلية سلسًا. يمكن أن تتسبب الانعكاسات والعقبات في حدوث حركة صغيرة لإحداث تغيير كبير في مؤشر RSSI. قد تؤدي الحركة الأكبر في بعض الأحيان إلى إحداث تغيير طفيف جدًا.

الجدران والعوائق المادية

الجدران, أبواب, الرفوف, الآلات, حاويات, والمواد المخزنة يمكن أن تضعف أو تعيد توجيه إشارة البلوتوث.

التأثير يعتمد على المادة. لن يؤثر القسم خفيف الوزن والرف المعدني المحمل على الإشارة بنفس الطريقة.

قد تتغير بيئة التشغيل أيضًا على مدار اليوم. قد يحتوي ممر المستودع المفتوح أثناء الاختبار على منصات نقالة لاحقًا, المركبات, والعمال.

اتجاه الهوائي ووضع العلامة

هوائيات البلوتوث لا ترسل دائمًا بشكل متساوٍ في كل الاتجاهات. يمكن أن يؤدي تدوير العلامة أو وضعها على مادة أخرى إلى تغيير إشارتها.

العلامة التي تعمل بشكل جيد عند وضعها في الهواء الطلق قد تتصرف بشكل مختلف عند ربطها بأداة معدنية, المثبتة داخل الجهاز, أو وضعها تحت البليت.

يجب أن يستخدم الاختبار موضع التثبيت النهائي كلما أمكن ذلك.

تدخل الراديو

تعمل تقنية Bluetooth LE في 2.4 فرقة GHZ. تستخدم الأنظمة اللاسلكية الأخرى هذا النطاق أيضًا.

قد يؤثر التداخل على استقبال الحزمة, لكن حزمة واحدة مفقودة لا تثبت أن العلامة قد تركت منطقة ما. يجب أن يبحث برنامج الموقع عن نمط ثابت قبل تغيير حالة الأصل المبلغ عنها.

نقل اختلافات الطاقة والأجهزة

يمكن أن تؤدي قوة الإرسال الأعلى إلى زيادة قوة الإشارة ومداها, ولكنها يمكن أن تزيد أيضًا من استهلاك الطاقة.

تصميم الهوائي, حساسية المتلقي, مادة الضميمة, وتؤثر معايرة الراديو أيضًا على RSSI. ولذلك قد يتطلب استبدال نموذج العلامة أو البوابة اختبار موقع جديد وتعديل الحد الأدنى.

يحدد Bluetooth SIG طاقة الإرسال, حساسية المتلقي, كسب الهوائي, عوائق, وفقدان المسار كعوامل مهمة في نطاق البلوتوث.

كيف يمكن استخدام تقنية Bluetooth RSSI لتقدير المسافة?

العلاقة الأساسية بين RSSI والمسافة

في مساحة حرة مثالية, تتناقص الطاقة المستقبلة مع زيادة المسافة. يستخدم المهندسون عادة نموذج فقدان المسار لمسافة السجل لتقدير المسافة:

آر إس إس آي(د) = آر إس إس آي(د0) – 10ن سجل10(د / د0)

أين:

• آر إس إس آي(د) هو RSSI المقاس على مسافة د.
• آر إس إس آي(د0) هو RSSI المقاس على مسافة مرجعية d0.
• n هو أس خسارة المسار.
• يتم ضبط d0 عادةً على 1 متر.

الأس خسارة المسار هو تقريبا 2 في مساحة حرة مثالية. وقد يكون أعلى في البيئات العملية مثل المكاتب, المستودعات, المستشفيات, والمباني السكنية.

لماذا لا تكون قراءة مؤشر RSSI مرة واحدة كافية عادةً

قد يستخدم النظام الأساسي قاعدة مثل هذه:

"إذا كان مؤشر RSSI أقوى من القيمة المحددة, تصنيف العلامة على أنها قريبة."

قد يعمل هذا في مساحة خاضعة للرقابة. في بيئة متغيرة, قد تتحرك القراءة أعلى وتحت العتبة حتى عندما يظل الأصل ثابتًا.

قد يقوم النظام بعد ذلك بالإبلاغ عن دخول الأصل إلى المنطقة وخروجها منها بشكل متكرر. يمكن لعدد كبير جدًا من الأحداث الخاطئة أن يقلل الثقة في نظام التتبع بأكمله.

قد يتطلب الأمر اتخاذ قرارات أكثر استقرارًا بشأن الموقع:

• عدة قراءات تم جمعها مع مرور الوقت
• عتبات مختلفة للدخول والخروج من المنطقة
• الحد الأدنى من وقت المكوث قبل تأكيد تغيير الموقع
• القراءات من أكثر من بوابة
• معايرة موقع محدد
• مستوى الثقة للنتائج غير المؤكدة

لا تجعل عناصر التحكم هذه RSSI دقيقة تمامًا. إنها تساعد النظام على تجنب التفاعل مع كل تغيير في الإشارة القصيرة.

تطبيقات إنترنت الأشياء الشائعة لـ RSSI

تتبع أصول البلوتوث

يمكن أن يساعد RSSI في تحديد ما إذا كانت الأصول ذات العلامات موجودة في الغرفة, منطقة العمل, أو منطقة العمليات.

يمكن للمستودع تحديد المنصات التي تظل في مرحلة التشغيل لفترة طويلة جدًا. يمكن لفريق الصيانة معرفة ما إذا كانت هناك أداة مشتركة في ورشة العمل, منطقة الإنتاج, أو متجر المعدات.

يؤدي ذلك إلى تضييق منطقة البحث ومساعدة الفرق على الاستجابة قبل أن يؤثر الأصل الموجود في غير مكانه أو الخامل على العمل.

موقع الموظفين الداخلي

يمكن لـ RSSI دعم اكتشاف التواجد على مستوى الغرفة أو المنطقة في البيئات المناسبة.

لكن, يمكن أن يضعف جسم الإنسان 2.4 إشارات جيجاهرتز, ويتغير اتجاه الشارة مع تحرك الشخص. قد تتطلب التطبيقات التي تتضمن قرارات تتعلق بالسلامة أو الوصول التلقائي قدرًا أكبر من الثقة مما يوفره نظام RSSI وحده.

خصوصية, موافقة, ويجب أيضًا مراعاة الوصول إلى بيانات الموقع.

كشف القرب

يمكن للنظام اكتشاف متى تقترب العلامة من البوابة أو تدخل منطقة مراقبة.

يمكن أن يدعم هذا إشعارات الوصول, تنبيهات المنطقة المحظورة, عمليات جمع الأدوات, أو تحديثات الحالة التلقائية.

يجب أن يؤكد النظام أن الحالة مستقرة قبل القيام بأي إجراء مهم.

مراقبة الجهاز

يمكن أن تساعد اتجاهات RSSI في تحديد ظروف الراديو المتغيرة.

قد تشير الإشارة التي تصبح أضعف باستمرار إلى أن الجهاز قد تحرك, لقد ظهر عائق, أو تم تغيير التثبيت. يمكن أن تدعم هذه المعلومات فحص الجهاز أو موضع البوابة.

آر إس إس آي مقابل اتفاقية الزراعة: مقارنة واضحة

بلوتوث آر إس إس آي و زاوية وصول البلوتوث, أو اتفاقية الزراعة, دعم متطلبات الموقع المختلفة.

يستخدم Bluetooth AoA عدة هوائيات في محدد موقع الاستقبال لتقدير الاتجاه الذي تصل منه إشارة Bluetooth. يمكن لمحددي المواقع المتعددين الجمع بين قياسات الاتجاه هذه لحساب الموضع.

تنص Bluetooth SIG على أن ميزة تحديد الاتجاه يمكن أن تدعم خدمات الموقع الداخلي عالية الدقة. لا يزال الأداء الفعلي يعتمد على موضع محدد الموقع, معايرة, برمجة, والبيئة الإذاعية.

قد يكون RSSI كافيًا عندما يحتاج النظام فقط إلى تحديد ما إذا كانت منصة التحميل موجودة في المخزن أو في مرحلة الخارجة.

قد تكون اتفاقية الزراعة أكثر ملاءمة عندما يحتاج العامل إلى العثور على أداة معينة داخل منطقة إنتاج كبيرة.

أسئلة يجب طرحها قبل اختيار Bluetooth RSSI

ما الذي يتطلبه نشر RSSI المفيد?

توفر علامات وبوابات Bluetooth بيانات الإشارة, لكنها لا تخلق نتيجة عملية من تلقاء نفسها.

يحتاج النظام الكامل أيضًا إلى برنامج يمكنه ذلك:

• معالجة العديد من قراءات RSSI
• مقارنة البيانات من بوابات متعددة
• تطبيق قواعد المنطقة المستقرة
• التعامل مع البيانات غير المؤكدة أو المفقودة
• مراقبة صحة العلامة والبوابة
• إرسال أحداث الموقع إلى أنظمة التشغيل الأخرى

على سبيل المثال, إن اكتشاف احتمال وجود منصة نقالة في مرحلة مرحلية له قيمة محدودة إذا ظلت النتيجة على لوحة معلومات منفصلة.

تصبح المعلومات مفيدة عندما يتمكن نظام المستودع من التعرف على منصة التحميل, أظهر كم من الوقت بقيت هناك, وإخطار الشخص المسؤول عن نقلها.

تعتمد جودة سير العمل النهائي على المسار الكامل بدءًا من اكتشاف العلامة وحتى الإجراء التشغيلي.

هل يعتبر Bluetooth RSSI العالي أفضل دائمًا?

ويعني ارتفاع مؤشر RSSI أن جهاز الاستقبال اكتشف إشارة أقوى. في كثير من الحالات, وهذا يمنح الاتصال مساحة أكبر لتحمل فقدان الإشارة الإضافي.

وهذا لا يعني تلقائيًا أن نتيجة تحديد الموقع أكثر دقة.

قد تأتي إشارة قوية من علامة قريبة, مسار راديو واضح, قوة نقل أعلى, أو اتجاه هوائي مناسب. لا يزال برنامج تحديد المواقع يحتاج إلى سياق قبل أن يتمكن من تحديد معنى القراءة.

هل يمكن أن يعمل Bluetooth RSSI عبر الجدران؟?

يمكن أن تمر إشارات البلوتوث عبر العديد من الجدران والمواد الأخرى, لكن الإشارة تصبح أضعف.

يعتمد مقدار فقدان الإشارة على المادة, سماكة, الكائنات المحيطة, وموضع الهوائي. أسمنت, معدن, والهياكل الكثيفة عادة ما يكون لها تأثير أكبر من الأقسام خفيفة الوزن.

قد تكتشف البوابة علامة عبر الحائط, لكن اكتشاف الإشارة وحده قد لا يُظهر أي جانب من الجدار توجد عليه العلامة. يعد وضع البوابة وتصميم المنطقة أمرًا مهمًا عندما تكون الغرف قريبة من بعضها البعض.

ما هو عدد البوابات المطلوبة لتتبع RSSI؟?

لا يوجد رقم ثابت يصلح لكل موقع.

قد تكون بوابة واحدة كافية لحدث تقارب بسيط, مثل اكتشاف ما إذا كان العنصر الذي تم وضع علامة عليه قد اقترب من نقطة الخدمة.

يتطلب التتبع على مستوى المنطقة عادةً بوابات في عدة مناطق حتى يتمكن البرنامج من مقارنة الملاحظات. مساحات كبيرة, الجدران, رفوف معدنية, وقد تتطلب الغرف المتداخلة تغطية إضافية.

يجب أن يقوم مسح الموقع أو البرنامج التجريبي باختبار مواضع البوابة بالعلامات النهائية, طرق التركيب, وظروف التشغيل.

أسئلة أخرى قد تعرفها

يجب أن يبدأ المشروع بالقرار الذي يحتاج النظام إلى دعمه.

تتضمن الأسئلة المفيدة:

• هل التطبيق يتطلب القرب فقط, مستوى الغرفة, أو الموقع على مستوى المنطقة?
• هل يمكن أن تقبل العملية خطأ في الموقع على مستوى العداد?
• هل يمكن معايرة النظام في الموقع الفعلي مع العلامات النهائية, بوابات, وطرق التركيب?
• هل سيظل موضع العلامة واتجاه الهوائي ثابتين إلى حد معقول?
• هل يمكن تركيب بوابات بليه متعددة في مواقع مناسبة?
• هل تحتوي البيئة على رفوف معدنية؟, الجدران, الآلات, البضائع المخزنة, أو انسداد بشري متكرر?
• مدى السرعة التي يجب أن يؤكد بها النظام أن الأصل قد انتقل أو دخل إلى منطقة أخرى?
• كيف سيتعامل البرنامج مع القراءات المتقلبة, الحزم المفقودة, ونتائج الموقع غير مؤكدة?
• هل يحتاج التطبيق إلى الجمع بين آر إس إس آي وأجهزة استشعار الحركة, اتفاقية الزراعة, UWB, سبر القناة, أو غيرها من تكنولوجيا تحديد المواقع?
• يمكن ربط أحداث الموقع بالمستودع الموجود, صيانة, منشأة, أو سير عمل إدارة الأصول?
• كيف سيتم وضع علامة على البطاريات, اتصال البوابة, ومراقبة صحة الجهاز?

يجب على الطيار الناجح اختبار ما إذا كان النظام يدعم الإجراء المطلوب. لا يكفي إنشاء نقطة موقع على الخريطة إذا كانت النتيجة غير مستقرة جدًا بحيث لا يمكنها توجيه العمل اليومي.

خاتمة

يمكن أن يوفر Bluetooth RSSI أساسًا عمليًا لاكتشاف القرب وتحديد المواقع الداخلية على مستوى المنطقة. يستخدم معلومات قوة الإشارة المتوفرة من العديد من أجهزة Bluetooth, والتي يمكن أن تقلل من الحاجة إلى الأجهزة المتخصصة.

القيد الرئيسي هو أن قوة الإشارة ليست مثل المسافة. الجدران, معدن, الناس, هوائيات, نقل الطاقة, والاختلافات في الأجهزة يمكن أن تغير القراءة.

إذا كان الهدف هو تحديد ما إذا كان الأصل بالقرب من البوابة, داخل الغرفة, أو تأخرت في منطقة العمليات, قد يوفر Bluetooth RSSI معلومات كافية. إذا كان سير العمل يعتمد على موضع دقيق وقابل للتكرار, اتفاقية التعاون بشأن البلوتوث, سبر القناة, UWB, أو قد تكون طريقة تحديد المواقع الأخرى مناسبة بشكل أفضل.

النظام الأكثر فائدة ليس هو النظام الذي ينتج بيانات الموقع الأكثر تفصيلاً. فهو الذي يوفر معلومات موثوقة كافية للإجراء التشغيلي التالي. لا توجد طريقة واحدة لتحديد المواقع تناسب كل عملية نشر بسبب الدقة, التغطية, استخدام الطاقة, بنية تحتية, وتختلف ظروف التشغيل.

مناجم يعالج هذا النطاق من المتطلبات مع RSSI, اتفاقية التعاون بشأن البلوتوث, UWB, واي فاي, نظام تحديد المواقع, وخيارات تحديد المواقع المختلطة التي يمكن تحديدها أو دمجها وفقًا للتطبيق.