《電子技術(shù)應(yīng)用》
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藍(lán)牙迎來(lái)強(qiáng)悍新功能,,可使尋物和室內(nèi)定位精度達(dá)到厘米級(jí)

2019-03-04

來(lái)自市場(chǎng)分析機(jī)構(gòu)ABI Research的數(shù)據(jù)顯示,,2018年,全球藍(lán)牙設(shè)備出貨量達(dá)40億個(gè),,預(yù)計(jì)到2022年,,出貨量可以達(dá)到52億的規(guī)模。


今年1月,,藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟正式發(fā)布了藍(lán)牙5.1規(guī)范,,在這個(gè)規(guī)范當(dāng)中很重要的一個(gè)新特性就是“尋向功能”(direction finding),這一新功能可幫助設(shè)備明確藍(lán)牙信號(hào)的方向,,進(jìn)而幫助開(kāi)發(fā)解讀設(shè)備方向的藍(lán)牙接近(proximity)解決方案,,實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)位置精度的藍(lán)牙定位系統(tǒng)


藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟亞太區(qū)開(kāi)發(fā)者關(guān)系經(jīng)理任凱先生表示,,在新興市場(chǎng),,藍(lán)牙技術(shù)在智能樓宇、智能家居,、智能工業(yè)以及智能城市領(lǐng)域,,都會(huì)有非常多的應(yīng)用,而該聯(lián)盟新推出的尋向功能,在這4個(gè)新領(lǐng)域會(huì)有非常多的應(yīng)用,。

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該聯(lián)盟預(yù)計(jì),,藍(lán)牙的位置服務(wù)市場(chǎng),在2022年的產(chǎn)品出貨量將超過(guò)4億個(gè),。尋向功能就是要強(qiáng)化藍(lán)牙位置服務(wù),。


基于位置的藍(lán)牙服務(wù)解決方案通常分為兩類(lèi):接近類(lèi)解決方案和定位系統(tǒng)。如今,,接近類(lèi)解決方案可借助藍(lán)牙,,解讀兩臺(tái)設(shè)備何時(shí)彼此靠近,以及相距距離的近似值,。該類(lèi)別同時(shí)包括物品追蹤(item finding)解決方案(如個(gè)人財(cái)物標(biāo)簽)及地標(biāo)(Point of Interest; PoI)信息解決方案(如鄰近感知Beacon),。


引入尋向功能之后,藍(lán)牙接近類(lèi)解決方案將能夠添加與設(shè)備方向相關(guān)的功能,。例如,,物品追蹤解決方案將不僅可以告知用戶已臨近財(cái)物標(biāo)簽位置,還能讓用戶了解其所處的方向,,顯著提升用戶體驗(yàn),。


定位系統(tǒng)可采用藍(lán)牙來(lái)明確設(shè)備的物理位置,例如可用于資產(chǎn)跟蹤的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)(Real Time Location System, RTLS)和可用于室內(nèi)導(dǎo)航的室內(nèi)定位系統(tǒng)(Indoor Location System, IPS),。如今,,藍(lán)牙定位系統(tǒng)在明確設(shè)備物理位置時(shí)的精度可達(dá)到米級(jí)。通過(guò)添加尋向功能,,此類(lèi)定位系統(tǒng)可將位置精度提升至厘米級(jí),。

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應(yīng)用痛點(diǎn)


在接近類(lèi)的解決方案中,有兩個(gè)典型應(yīng)用,,一個(gè)是物品追蹤,,比如我們常常找不到鑰匙、錢(qián)包等,,可以通過(guò)藍(lán)牙鏈路來(lái)確定兩臺(tái)藍(lán)牙設(shè)備之間的距離,。比如在錢(qián)包當(dāng)中加入了一個(gè)藍(lán)牙防丟器tag,。


在接近類(lèi)服務(wù)當(dāng)中,還有另外一個(gè)典型應(yīng)用,,就是地標(biāo)信息解決方案,,也就是我們常說(shuō)的Beacon,當(dāng)我們進(jìn)入一個(gè)商場(chǎng),,或者進(jìn)入一個(gè)超市,,可以通過(guò)手機(jī),接收商場(chǎng)或者超市推送的Beacon信息,比如打折新品,。


另外兩個(gè)典型應(yīng)用,,來(lái)自于定位系統(tǒng),首先是實(shí)時(shí)定位功能,,RTLS主要應(yīng)用在資產(chǎn)跟蹤,,這在工業(yè)、智能建筑里面都有應(yīng)用場(chǎng)景,。再有就是室內(nèi)定位,,藍(lán)牙在這方面的應(yīng)用是非常成熟的。


無(wú)論是實(shí)時(shí)定位,,還是室內(nèi)定位,,包括接近類(lèi)的應(yīng)用,原理是類(lèi)似的,,都是基于數(shù)據(jù)包傳輸當(dāng)中的接收信號(hào)強(qiáng)度,,也就是RSSI – Radio Signal Strength Indication這樣一個(gè)機(jī)制。通過(guò)接收到的RSSI強(qiáng)度,,來(lái)虛擬產(chǎn)品在周?chē)拇笾路秶?。但是這種傳統(tǒng)定位只能給出一個(gè)大致的方位,無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確定位,。這也就是為什么要在藍(lán)牙最新的核心規(guī)范當(dāng)中推出藍(lán)牙尋向功能的原因,。


尋向功能是怎么實(shí)現(xiàn)的?


藍(lán)牙尋向功能,,是將之前在其他頻段,、通過(guò)無(wú)線電尋向機(jī)制,加入到Buletooth Radio當(dāng)中實(shí)現(xiàn)的,。所以這是一種成熟的技術(shù),。


那么,藍(lán)牙的尋向究竟是如何實(shí)現(xiàn)的呢,?首先看一下第一種方式,,也就是到達(dá)角Angle of Arrival(AoA),這里有一個(gè)藍(lán)牙發(fā)射機(jī),,會(huì)通過(guò)單一天線,,周期性地發(fā)送一些特殊的數(shù)據(jù)包,在藍(lán)牙的接收機(jī)端,,需要做多天線陣列,,至少要有兩個(gè)天線,這個(gè)接收機(jī)可以通過(guò)不斷地使能各個(gè)天線來(lái)接收藍(lán)牙發(fā)射機(jī)的特殊數(shù)據(jù)包,,因?yàn)槭遣煌奶炀€,,所以在各個(gè)接收天線上收到的無(wú)線電信號(hào),相位是有差別的。根據(jù)相位差,。以及天線之間的距離,,就可以算出到達(dá)角,有了這個(gè)到達(dá)角,,問(wèn)題就解決了,,我們可以通過(guò)這個(gè)角度來(lái)實(shí)時(shí)了解我和設(shè)備相互之間的角度。

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還有另外一種機(jī)制,,叫做Angle of Departure(AoD),,出發(fā)角,它和Angle of Arrival是相反的,。AoA的發(fā)射機(jī)是單天線,,接收機(jī)是多天線。而Angle of Departure的發(fā)射機(jī)是多天線,,接收機(jī)是單天線,,發(fā)射機(jī)周期性地通過(guò)各個(gè)天線來(lái)發(fā)射低功耗藍(lán)牙數(shù)據(jù)包,接收機(jī)通過(guò)一定的時(shí)系,,通過(guò)各個(gè)天線發(fā)送出來(lái)的數(shù)據(jù)包,,提取通過(guò)不同天線發(fā)出來(lái)無(wú)線電信號(hào)的相位差,通過(guò)相位差值,,以及發(fā)射機(jī)天線之間的距離,,就可以計(jì)算出Angle of Departure,也就是到達(dá)角,,有了這個(gè)相對(duì)的角度,,可以知道我們和被測(cè)節(jié)點(diǎn)之間的相對(duì)角度,從而實(shí)現(xiàn)尋向功能,。這就是藍(lán)牙尋向的基本原理,。

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功耗方面,無(wú)論是AoA還是AoD,,發(fā)射芯片并不需要提高發(fā)射功率,,對(duì)于發(fā)射機(jī)的(物理層)變化沒(méi)有任何干預(yù),所以它的發(fā)射電流和接收電流,,之前是多少,,加入了AoA、AoD之后,,它還是多少,主要是通過(guò)天線的切換,,包括天線之間的距離,,來(lái)計(jì)算出AoA、AoD的角度,是不會(huì)額外增加功耗的,。


綜上,,自從推出了低功耗藍(lán)牙以后,其定位服務(wù)應(yīng)用就出現(xiàn)在了很多場(chǎng)景當(dāng)中,,比如博物館,、商場(chǎng)、工廠,、倉(cāng)庫(kù)等等,,這些應(yīng)用主要是通過(guò)RSSI,也就是信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)的機(jī)制,,通過(guò)三邊測(cè)量,,來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位和實(shí)時(shí)定位功能。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟在最新的核心規(guī)范中推出的尋向功能,,將室內(nèi)定位的服務(wù)進(jìn)行了增強(qiáng),,不僅可以使用原有的RSSI方案,還可以將藍(lán)牙尋向功能中的AoA和AoD,,加入到現(xiàn)有的這些藍(lán)牙定位系統(tǒng)當(dāng)中,,實(shí)現(xiàn)更加精確的定位。


新的藍(lán)牙尋向功能和現(xiàn)有的通過(guò)RSSI的定位機(jī)制,,可以相互融合,。相互之間進(jìn)行補(bǔ)償,進(jìn)行校準(zhǔn),,使得定位精度有質(zhì)的提升,。


智能家居專(zhuān)項(xiàng)組


藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟于2017年7月發(fā)布了一個(gè)針對(duì)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)——藍(lán)牙Mesh。它使低功耗藍(lán)牙的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從之前的點(diǎn)對(duì)點(diǎn),,點(diǎn)動(dòng)多點(diǎn),,到現(xiàn)在的多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)。這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),,對(duì)于藍(lán)牙技術(shù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)革命性的變化,。藍(lán)牙點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)機(jī)制面對(duì)一些應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)是有缺陷的,通過(guò)藍(lán)牙Mesh則可以解決這些問(wèn)題,,信息可以在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中進(jìn)行路由,,所以,這樣的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),,對(duì)于控制系統(tǒng),、監(jiān)控系統(tǒng),包括一些自動(dòng)化,、照明應(yīng)用,,都會(huì)有極大的幫助和應(yīng)用體驗(yàn)的提升,。

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1月8日,藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟宣布成立了一個(gè)智能家居專(zhuān)項(xiàng)組,,其隸屬于藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的自動(dòng)化工作組,,該專(zhuān)項(xiàng)組有兩個(gè)特點(diǎn):第一,組內(nèi)的討論將會(huì)使用中文,;第二,,開(kāi)會(huì)時(shí)間將會(huì)采用北京時(shí)間。


可見(jiàn),,該專(zhuān)項(xiàng)組是藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟專(zhuān)門(mén)針對(duì)大中華地區(qū)成立的,,主要目的是解決目前藍(lán)牙Mesh在智能家居領(lǐng)域應(yīng)用的Model定義問(wèn)題。因?yàn)樗{(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟在發(fā)布1.0版本的Model定義時(shí),,有通用的Model,,但是當(dāng)藍(lán)牙Mesh應(yīng)用到智能家居領(lǐng)域的時(shí)候,會(huì)員發(fā)現(xiàn)還有其他一些潛在的應(yīng)用場(chǎng)景,,需要有Model的支持,。


據(jù)悉,已經(jīng)有60多家公司加入到這個(gè)專(zhuān)項(xiàng)組當(dāng)中,。此外,,該專(zhuān)項(xiàng)組不設(shè)會(huì)員等級(jí)界限,只要是藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的會(huì)員,,都可以加入專(zhuān)項(xiàng)組進(jìn)行討論,。


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