Объяснение Bluetooth RSSI: Как это работает в системах отслеживания приближения и BLE

Система отслеживания активов может обнаружить сотни Bluetooth-теги и до сих пор не могу ответить на основной вопрос: Какая комната или рабочая зона является активом?

Система получает сигнал, но этот сигнал необходимо интерпретировать, прежде чем он станет полезными данными о местоположении..

Bluetooth RSSI — один из наиболее распространенных способов сделать первую оценку местоположения.. Это показывает, насколько сильно шлюз, телефон, или другой приемник обнаруживает сигнал Bluetooth. Эта информация может помочь определить, находится ли объект поблизости., в какой зоне он скорее всего находится, или, возможно, он переместился.

Однако, RSSI не работает как рулетка. Стены, металлические стеллажи, люди, антенны, и настройки устройства могут изменить сигнал. Полезное развертывание должно учитывать эти условия, прежде чем превращать показания RSSI в события местоположения..

Что такое Bluetooth RSSI?

Bluetooth RSSI означает индикатор уровня принимаемого сигнала Bluetooth.. Он измеряет силу сигнала Bluetooth, когда этот сигнал достигает принимающего устройства..

Простой способ понять RSSI — представить человека, говорящего через комнату.. Находящийся рядом слушатель отчетливо слышит голос.. Человек, находящийся дальше, слышит это тише. Стены, мебель, и другие люди также могут затруднить слышимость голоса.

Сигналы Bluetooth ведут себя аналогичным образом. Сильный сигнал может означать, что передатчик находится близко к приемнику.. Слабый сигнал может означать, что он находится дальше. Препятствия и положение антенны также могут влиять на то, что обнаруживает приемник..

RSSI обычно измеряется в децибелах-милливаттах., или дБм. Большинство значений RSSI Bluetooth отрицательны, поскольку мощность принимаемого сигнала намного ниже одного милливатта..

Значение ближе к нулю соответствует более сильному сигналу.. Например, −45 дБм сильнее, чем −80 дБм.

Это не означает, что −45 дБм всегда представляет собой определенное расстояние.. RSSI измеряет мощность принимаемого сигнала, не дистанцироваться.

Bluetooth SIG идентифицирует RSSI как одну из возможностей, связанных с расстоянием, доступных в системах Bluetooth Low Energy.. Bluetooth также поддерживает другие функции позиционирования, включая Навигация в помещении и Озвучивание канала.

Как работает Bluetooth RSSI?

В типичной системе отслеживания, метка Bluetooth передает короткие радиосообщения. Эти сообщения содержат идентификатор, который позволяет системе распознать тег..

Ближайший шлюз, смартфон, или другой Bluetooth-приемник обнаруживает сообщение и записывает его RSSI..

Обычно этот процесс состоит из пяти шагов.:

• Тег Bluetooth передает свой идентификатор..
• Один или несколько шлюзов принимают сигнал.
• Каждый шлюз записывает время и RSSI..
• Программное обеспечение фильтрует или сравнивает показания..
• Система назначает состояние близости, зона, или примерное местоположение

Рассмотрим склад со шлюзами приема, хранилище, постановка, и выездные территории. Если промежуточный шлюз неоднократно получает самый сильный сигнал от метки поддона, программное обеспечение может классифицировать этот поддон как находящийся в зоне подготовки.

Полезный результат — это не простое значение RSSI.. Это возможность увидеть, что поддон оставался на складе дольше, чем ожидалось, и может задержать исходящую отгрузку..

RSSI измеряется принимающим устройством

Показание RSSI принадлежит приемнику, который его записал..

Два шлюза могут одновременно сообщать разные значения RSSI из одного и того же тега.. Один шлюз может быть ближе, но расстояние - не единственная возможная причина разницы.

Позиция шлюза, направление антенны, близлежащие материалы, чувствительность приемника, и калибровка устройства могут повлиять на результат.

Вот почему значения RSSI от разных шлюзов или моделей устройств не следует считать напрямую сопоставимыми.. Прежде чем показания смогут соответствовать надежным правилам определения местоположения, могут потребоваться тестирование и калибровка..

Преимущества и ограничения Bluetooth RSSI

Bluetooth RSSI часто используется для отслеживания внутри помещений, поскольку многие устройства Bluetooth уже поддерживают его.. Отдельный радиоприемник для измерения расстояния может не потребоваться..

Основные преимущества

• Теги Bluetooth LE могут работать с относительно низким энергопотреблением..
• Множество чипов Bluetooth., шлюзы, и мобильные устройства поддерживают RSSI.
• Теги и шлюзы доступны во многих размерах и ценовых диапазонах..
• Технология может поддерживать большое количество помеченных активов..
• RSSI подходит для многих приложений на уровне зоны и на уровне зоны..
• Существующая инфраструктура Bluetooth может удовлетворить некоторые потребности в сборе данных..

Эти преимущества делают RSSI полезным, когда целью является улучшение общей видимости активов без установки высокоточной инфраструктуры определения местоположения по всему объекту..

Основные ограничения

• Показания могут меняться по мере изменения окружающей среды..
• На одном и том же расстоянии могут быть разные значения RSSI..
• RSSI напрямую не показывает точное расстояние..
• Модели устройств могут сообщать разные значения в одинаковых условиях..
• Стены, металл, оборудование, и люди могут ослаблять или отражать сигналы.
• Точное позиционирование может быть затруднено в сложных помещениях..

Эти ограничения определяют, где подходит RSSI..

Если процессу нужно только знать, находится ли актив рядом со шлюзом или внутри комнаты, RSSI может предоставить достаточно информации. Если процесс зависит от размещения актива на небольшой территории, другой метод позиционирования может оказаться более подходящим.

Как следует интерпретировать значения Bluetooth RSSI?

Следующие диапазоны представляют собой общую справочную информацию.. Это не диапазоны с фиксированным расстоянием, поскольку оборудование и условия на месте различаются..

Эти диапазоны более полезны для сравнения изменений внутри одной системы, чем для сравнения несвязанных устройств..

Например, метка обычно может появляться при уровне около -55 дБм, когда она находится рядом со шлюзом погрузочной платформы.. Если позже показание упадет до −75 дБм, радиотракт стал слабее.

Возможно, тег переместился. Его также могли разместить за нагруженным металлическим контейнером.. Изменение RSSI показывает, что что-то изменилось, но сам не определяет причину.

Основные факторы, влияющие на Bluetooth RSSI

Расстояние между устройствами

Уровень сигнала обычно уменьшается по мере увеличения расстояния между передатчиком и приемником.. Эта связь позволяет RSSI поддерживать обнаружение близости..

Однако, потеря сигнала в помещении редко бывает плавной. Отражения и препятствия могут вызвать небольшое движение и вызвать большое изменение RSSI.. Более масштабное движение иногда может привести к очень незначительным изменениям..

Стены и физические препятствия

Стены, двери, стойки, машины, контейнеры, и хранящиеся материалы могут ослабить или перенаправить сигнал Bluetooth..

Эффект зависит от материала. Легкая перегородка и нагруженная металлическая стойка не будут одинаково влиять на сигнал..

Операционная среда также может меняться в течение дня.. Складской проход, открытый во время испытаний, впоследствии может содержать поддоны., транспортные средства, и рабочие.

Направление антенны и размещение метки

Антенны Bluetooth не всегда передают одинаково во всех направлениях. Вращение метки или размещение ее на другом материале может изменить ее сигнал..

Бирка, которая хорошо работает на открытом воздухе, может вести себя по-другому, если ее прикрепить к металлическому инструменту., установлен внутри машины, или положить под поддон.

При тестировании следует по возможности использовать окончательное положение установки..

Радиопомехи

Bluetooth LE работает в 2.4 GHZ Band. Другие беспроводные системы также используют этот диапазон..

Помехи могут повлиять на прием пакетов, но один пропущенный пакет не доказывает, что метка покинула зону. Программное обеспечение определения местоположения должно искать согласованную закономерность, прежде чем изменять сообщаемое состояние актива..

Различия в мощности передачи и аппаратном обеспечении

Более высокая мощность передачи может увеличить мощность и дальность сигнала., но это также может увеличить энергопотребление.

Конструкция антенны, чувствительность приемника, материал корпуса, и радиокалибровка также влияет на RSSI. Поэтому замена модели тега или шлюза может потребовать нового тестирования сайта и корректировки пороговых значений..

Bluetooth SIG определяет мощность передачи, чувствительность приемника, усиление антенны, препятствия, и потери на пути как важные факторы дальности действия Bluetooth.

Как можно использовать Bluetooth RSSI для оценки расстояния?

Основная связь между RSSI и расстоянием

В идеальном свободном пространстве, получаемая мощность уменьшается с увеличением расстояния. Инженеры обычно используют логарифмическую модель потерь на трассе для оценки расстояния.:

РССИ(д) = РССИ(д0) — 10п журнал10(д / д0)

Где:

• РССИ(д) измеренный RSSI на расстоянии d.
• РССИ(д0) измерен ли RSSI на эталонном расстоянии d0.
• n — показатель потерь на трассе.
• d0 обычно устанавливается равным 1 метр.

Показатель потерь на пути приблизительно равен 2 в идеальном свободном пространстве. В практических условиях, таких как офисы, оно может быть выше., складские помещения, больницы, и жилые дома.

Почему одного показания RSSI обычно недостаточно

Базовая система может использовать такое правило:

«Если RSSI выше установленного значения, классифицируйте метку как ближайшую».

Это может сработать в контролируемом пространстве.. В меняющейся среде, значение может двигаться выше и ниже порогового значения, даже если актив остается неподвижным.

Затем система может сообщить, что актив неоднократно входит в зону и покидает ее.. Слишком большое количество ложных событий может снизить доверие ко всей системе отслеживания..

Более стабильные решения о местоположении могут потребовать:

• Несколько показаний, собранных с течением времени
• Различные пороги входа и выхода из зоны.
• Минимальное время ожидания перед подтверждением изменения местоположения.
• Чтения с более чем одного шлюза
• Калибровка для конкретного места
• Уровень достоверности для неопределенных результатов

Эти элементы управления не делают RSSI абсолютно точным.. Они помогают системе избежать реакции на каждое кратковременное изменение сигнала..

Распространенные приложения RSSI для Интернета вещей

Отслеживание активов Bluetooth

RSSI может помочь определить, находятся ли в комнате помеченные активы., рабочая зона, или оперативная зона.

Склад может идентифицировать поддоны, которые слишком долго остаются на складе.. Группа технического обслуживания может видеть, находится ли общий инструмент в мастерской., производственная площадь, или магазин техники.

Это сужает область поиска и помогает командам реагировать до того, как неуместный или простаивающий актив повлияет на работу..

Внутреннее расположение персонала

RSSI может поддерживать обнаружение присутствия на уровне комнаты или зоны в подходящих средах..

Однако, человеческое тело может ослабнуть 2.4 Сигналы ГГц, и ориентация значка меняется при движении человека. Приложения, требующие принятия решений по безопасности или автоматическому доступу, могут требовать большей уверенности, чем обеспечивает только RSSI..

Конфиденциальность, согласие, и доступ к данным о местоположении также необходимо учитывать.

Обнаружение близости

Система может обнаружить, когда метка приближается к шлюзу или входит в контролируемую зону..

Это может поддерживать уведомления о прибытии., оповещения об ограниченной зоне, процессы сбора инструментов, или автоматическое обновление статуса.

Система должна подтвердить, что состояние стабильно, прежде чем инициировать важное действие..

Мониторинг устройств

Тенденции RSSI могут помочь определить изменяющиеся условия радиосвязи..

Сигнал, который постоянно становится слабее, может указывать на то, что устройство сдвинулось с места., появилось препятствие, или установка изменилась. Эта информация может помочь в проверке размещения устройства или шлюза..

RSSI против AoA: Ясное сравнение

Bluetooth RSSI и Угол прибытия Bluetooth, или АОА, поддержка различных требований к местоположению.

Bluetooth AoA использует несколько антенн в приемном локаторе для оценки направления поступления сигнала Bluetooth.. Несколько локаторов могут комбинировать эти измерения направления для расчета местоположения..

Bluetooth SIG заявляет, что пеленгация может поддерживать высокоточные службы определения местоположения внутри помещений.. Фактическая производительность по-прежнему зависит от размещения локатора., калибровка, программное обеспечение, и радиосреда.

RSSI может быть достаточно, когда системе нужно только определить, находится ли поддон на складе или на исходящей стадии..

AoA может быть более подходящим, когда работнику необходимо найти конкретный инструмент на большой производственной площади..

Вопросы, которые следует задать перед выбором Bluetooth RSSI

Что требуется для полезного развертывания RSSI?

Теги и шлюзы Bluetooth предоставляют данные сигнала., но они не создают оперативного результата сами по себе.

Полноценная система также нуждается в программном обеспечении, которое может:

• Обработка нескольких показаний RSSI
• Сравнивайте данные с нескольких шлюзов.
• Применять правила стабильной зоны.
• Обработка неопределенных или отсутствующих данных.
• Отслеживание работоспособности тегов и шлюзов.
• Отправлять события местоположения в другие операционные системы.

Например, обнаружение того, что поддон, вероятно, находится в стадии подготовки, имеет ограниченную ценность, если результат остается на отдельной информационной панели..

Информация становится полезной, когда складская система может идентифицировать поддон., покажи, как долго он там оставался, и уведомить лицо, ответственное за его перемещение.

Качество конечного рабочего процесса зависит от полного пути от обнаружения метки до оперативного действия..

Всегда ли более высокий RSSI Bluetooth лучше??

Более высокий RSSI означает, что приемник обнаружил более сильный сигнал.. Во многих случаях, это дает соединению больше возможностей выдержать дополнительную потерю сигнала.

Это не означает автоматически, что результат позиционирования будет более точным..

Сильный сигнал может исходить от ближайшей метки, свободный радиотракт, более высокая мощность передачи, или благоприятное направление антенны. Программному обеспечению для позиционирования все еще нужен контекст, прежде чем оно сможет решить, что означает чтение..

Может ли Bluetooth RSSI работать через стены?

Сигналы Bluetooth могут проходить сквозь многие стены и другие материалы., но сигнал становится слабее.

Величина потери сигнала зависит от материала., толщина, окружающие предметы, и положение антенны. Конкретный, металл, и плотные конструкции обычно дают больший эффект, чем легкие перегородки.

Шлюз может обнаружить метку через стену, но само по себе обнаружение сигнала может не показать, на какой стороне стены находится метка. Расположение шлюзов и дизайн зон важны, когда комнаты расположены близко друг к другу..

Сколько шлюзов необходимо для отслеживания RSSI?

Не существует фиксированного номера, подходящего для каждого сайта..

Одного шлюза может быть достаточно для простого события близости., например, определение того, приблизился ли помеченный элемент к точке обслуживания.

Для отслеживания на уровне зоны обычно требуются шлюзы в нескольких областях, чтобы программное обеспечение могло сравнивать наблюдения.. Большие пространства, стены, металлические стеллажи, и перекрывающиеся помещения могут потребовать дополнительного покрытия.

Обследование объекта или пилотный проект должны проверить позиции шлюзов с помощью окончательных тегов., способы крепления, и условия эксплуатации.

Другие вопросы, которые вы можете знать

Проект должен начинаться с решения, которое система должна поддерживать..

Полезные вопросы включают в себя:

• Требует ли приложение только близости, уровень комнаты, или местоположение на уровне зоны?
• Может ли операция допускать ошибку определения местоположения на уровне счетчика??
• Можно ли калибровать систему на реальном объекте с использованием окончательных меток?, шлюзы, и способы крепления?
• Будет ли положение метки и направление антенны оставаться достаточно постоянными??
• Можно ли установить несколько шлюзов BLE в подходящих местах??
• Есть ли в помещении металлические стеллажи?, стены, машины, хранящиеся товары, или частые препятствия со стороны человека?
• Как быстро система должна подтвердить, что актив переместился или вошел в другую зону?
• Как программное обеспечение будет обрабатывать нестабильные показания?, недостающие пакеты, и неопределенные результаты определения местоположения?
• Нужно ли приложению объединять RSSI с датчиками движения?, АОА, СШП, Озвучивание канала, или другая технология позиционирования?
• Могут ли события местоположения быть связаны с существующим складом?, обслуживание, средство, или рабочие процессы управления активами?
• Как будут маркироваться батареи, возможность подключения шлюза, и состояние устройства будет контролироваться?

Успешный пилотный проект должен проверить, поддерживает ли система необходимые действия.. Создание точки местоположения на карте недостаточно, если результат слишком нестабилен для повседневной работы..

Заключение

Bluetooth RSSI может стать практической основой для обнаружения приближения и позиционирования в помещении на уровне зоны.. Он использует информацию о силе сигнала, доступную со многих устройств Bluetooth., что может снизить потребность в специализированном оборудовании для измерения дальности.

Его основным ограничением является то, что мощность сигнала не совпадает с расстоянием.. Стены, металл, люди, антенны, передавать мощность, и различия в устройствах могут изменить показания.

Если цель состоит в том, чтобы определить, находится ли актив рядом с шлюзом, внутри комнаты, или задерживается в оперативной зоне, Bluetooth RSSI может предоставить достаточно информации. Если рабочий процесс зависит от точного и повторяемого положения, Bluetooth АоА, Озвучивание канала, СШП, или другой метод позиционирования может подойти лучше.

Самая полезная система — это не та, которая выдает наиболее подробные данные о местоположении.. Именно он дает достаточно достоверной информации для следующего оперативного действия.. Ни один метод позиционирования не подходит для каждого применения, поскольку точность, покрытие, энергопотребление, инфраструктура, и условия эксплуатации различаются.

Мины удовлетворяет этот диапазон требований с помощью RSSI, Bluetooth АоА, СШП, Wi-Fi, GPS, и гибридные варианты позиционирования, которые можно выбирать или комбинировать в зависимости от применения.