تحديد الاتجاه هو ممارسة معرفة اتجاه إرسال الإشارة المستقبلة. وهو يدعم كل شيء في النظام, من تتبع الحياة البرية إلى الطيران والملاحة البحرية. أضافت تقنية Bluetooth المواصفات الأساسية الاختيارية الجديدة لتحديد الاتجاه في أحدث أجهزة Bluetooth الخاصة بها 5.1. تتيح هذه الميزة الجديدة لأجهزة البلوتوث معرفة اتجاه أي إشارة يتم بثها من جهاز بلوتوث آخر. كما أنه قادر على تحسين حلول خدمات تحديد الموقع عبر البلوتوث بشكل جذري. ميزة تحديد الاتجاه تدعم تقنيتين. هذه التقنيات; اتفاقية التعاون بشأن البلوتوث (زاوية الوصول) وبلوتوث AoD (زاوية المغادرة).
في موكو بلو, نقوم بإنشاء وتقديم متعددة منارات بلوتوث التي تدعم اتجاهات البلوتوث الجديدة لإيجاد ميزات ذات تصميمات متنوعة للتطوير المستقل. فريقنا مكرس لتطوير وتخصيص تصميمات الأجهزة والبرامج المختلفة وفقًا لاحتياجات العملاء.
مبدأ العمل زاوية الوصول وزاوية المغادرة
زاوية الوصول (اتفاقية الزراعة)
- بث الأصول(تكساس) موقعها إلى اتفاقية الزراعة محدد الموقع, مثل نقطة الوصول اللاسلكية (ا ف ب), ضوء متصل, أو الإضاءة الذكية
- يقيس محدد الموقع زاوية وصول الإشارة
زاوية المغادرة(AOD)
- تنقل المنارات معلومات AoD, مثل الإحداثيات, من خلال هوائيات متعددة
- أجهزة محمولة, بما في ذلك الهواتف الذكية, استقبال المنارات وحساب موقعها
اعتبارات تصاميم Bluetooth AoA (زاوية الوصول)
• مطلوب هوائي واحد فقط. يمكن أن تكون ذات طاقة منخفضة وتدعم بشكل متزامن وظائف أخرى لـ BLE
• فقط 4 س 4 أو 3 س 3 هناك حاجة إلى مفاتيح وأشعة الهوائي من قبل محددي المواقع
• تتم معالجة جميع قراءات الزوايا بواسطة Bluetooth AoA بوابات. كما يقومون أيضًا بتحديد موقع الجهاز من خلال الاتصال بنظام إدارة الأصول في السحابة
اعتبارات تصاميم Bluetooth AoD (زاوية المغادرة)
• فقط 4 س 4 أو 3 س 3 هناك حاجة إلى مفاتيح وأشعة الهوائي بواسطة المنارات
• يجب أن تكون خوارزميات AoD مدعومة بأجهزة مثل الهواتف الذكية
• يجب أن يكون نظام خدمات الموقع على دراية بإحداثيات المنارة
حلول ميزة تحديد الاتجاه الجديدة عبر البلوتوث
إلى جانب تحديد المواقع وتطبيقات القرب الرئيسية, تحتوي ميزة تحديد الاتجاه عبر البلوتوث أيضًا على حلول أخرى. يشملوا;
إيجاد حلول للعناصر
في تجربة المستخدم, تواجه حلول البحث عن العناصر عثرة كبيرة. عندما يقوم بائعو الهواتف الذكية بدمج ميزة تحديد اتجاه Bluetooth AoA في هواتفهم, يمكن لحلول العثور على العناصر التحكم في بيانات الاتجاه. وهذا يعني أنهم لن يتمكنوا فقط من تحديد مدى قرب العنصر الموجود في غير محله, لكنهم سيعرفون أيضًا موقعه الدقيق. هكذا, تعمل ميزة تحديد الاتجاه عبر البلوتوث على إلغاء الافتراض المطلوب عند البحث عن العناصر المفقودة.
حلول رتلس
يمكن لحلول RTLS تنفيذ ميزة تحديد الاتجاه لتعزيز دقة Bluetooth AoA للموقع وصولاً إلى مستوى السنتيمتر عند نشرها في البيئة المحيطة الصحيحة. تتيح تقنية RTLS المزودة بميزة تحديد الاتجاه للمصنع إمكانية تتبع موضع المواد وتدفقها بسهولة وبدقة معززة. علاوة على ذلك, كما أنه ينبه الموظفين كلما اقتربوا من مناطق العمل الخطرة.
حلول معلومات النقاط المهمة
عند إضافة ميزة تحديد اتجاه Bluetooth AoA إلى الهواتف الذكية, تستفيد حلول معلومات PoI في المقام الأول من هذا. على سبيل المثال, يمكن لمختلف المعروضات ذات الإشارات المرتبطة بها في المتحف استخدام تطبيق معلومات PoI. يمكن للمستخدمين الوصول إلى تطبيق معلومات PoI من هواتفهم الذكية ومعرفة جميع المعروضات المتوفرة في الغرفة. يسمح التطبيق للمستخدم باختيار المعرض الأكثر انتهازية لتلقي معلومات إضافية بخصوص هذا المعرض المعين. يمكن للمستخدمين استخدام دعم تحديد الاتجاه للحصول على مزيد من المعلومات المتعلقة بعنصر معين بمجرد توجيه هواتفهم الذكية إلى هذا المعرض المحدد.
حلول اي بي اس
يتم تطبيق ميزة تحديد الاتجاه أيضًا في حلول IPS. على سبيل المثال, في أنظمة تحديد المواقع, يمكن استخدام ميزة اتجاه Bluetooth الجديدة للتنقل بين المشجعين في ملعب كبير مباشرة على مقاعدهم. تتطلب حلول IPS مع ميزة تحديد الاتجاه عددًا أقل من إشارات تحديد المواقع للحصول على دقة أفضل. وهذا يجلب فعالية إضافية لعمليات النشر. علاوة على ذلك, توفر الدقة المحققة معلومات إضافية وفهمًا لتفاعل المستهلك والمنتج.
بلوتوث 5.1 نظرية تحقيق خدمة الموقع AoA
ملخص لتقنية تحديد المواقع الداخلية
تحديد المواقع في الأماكن المغلقة لديه العديد من الحلول. يشملوا; UWB, واي فاي, منارة بليه, وبليه AOA. نطاق دقة UWB يتراوح من 0.1 م إلى 1 م, بينما تحتوي إشارات Wi-Fi وBLE على خطأ أكبر. نطاق دقتها يتراوح بين 5 م إلى 20 م.
تحليل نظرية تحديد المواقع في الأماكن المغلقة
يرسم نظام تحديد المواقع الداخلي النمذجة المعمارية للمشهد الحقيقي, يقوم بإعداد جهاز التوجيه المتلقي في الموقع الداخلي, ويحدد موضع المطابقة على خريطة النمذجة. يتم نقل جميع الإشارات اللاسلكية عبر الهاتف الذكي أو وحدة المنارة. بعد تلقي الإشارات اللاسلكية, يقوم جهاز التوجيه المثبت في نقطة ثابتة بالتحقق من نطاق منطقة موضع المنارة.
بعد التأكد من نطاق منطقة موقعها, يمكن للهوائيات المختلفة قياس زاوية وصول إشارة المنارة. ويمكن حساب ذلك من خلال الجمع بين الموضع الدقيق للمنارة وتحديد موضع التثليث.
التثليث
يشير التثليث إلى قياس موضع المنارة باستخدام مجموعتين من بيانات AoA. ويمكن قياس بيانات AoA واحدة باستخدام مجموعتين من الهوائيات. على الجانب الآخر, يمكن قياس موضع الجهاز باستخدام مجموعتين من بيانات AoA.
نظرية القياس
تكرار
يبدأ نطاق ISM في أجهزة Bluetooth من 2.40 جيجا هرتز إلى 2.41 غيغاهرتز. بلوتوث لديه 3 قنوات البث التي تشمل 37, 38, و 39. في المواصفات الأساسية للبلوتوث v5.x, يمكن إرسال بث Bluetooth منخفض الطاقة الشامل في أي قناة منها 0 ل 39. هكذا, جميع منارات مع إصدار بلوتوث 5.1 يمكن أن تعمل بشكل فعال على أي قناة بلوتوث.
مرحلة
جميع الإشارات اللاسلكية مستمرة في الهواء. في نطاق التردد, يقوم جهاز الاستقبال RX بعكس التشكيل ويجمع إشارة دورة موجة 0 ~ 2π.
حساب اتفاقية الزراعة
تخيل عندما يتم إرسال إشارة منارة BLE ذات التردد الثابت في مساحة مفتوحة. يتلقى RX اختلافًا في الطور الفارغ عندما تكون أجهزة الاستقبال على نفس نصف القطر ونهاية TX خلال وقت معين. مع ذلك, يتم الحصول على مستقبل الطور عندما يكون مستقبل RX في موضع بنصف قطر غير متوافق, خلال فترة زمنية معينة.
خطأ في قياس اتفاقية الزراعة
هناك زاويتان لمستوى ثنائي الأبعاد, ولكن هناك مسار دائرة نصف قطرها α في الإحداثيات الفعلية ثلاثية الأبعاد. على الرغم من أن مستقبل AoA يعرف إشارة المنارة عندما تكون على مسار الدائرة, ولا يمكنه تحديد ما إذا كانوا موجودين في الدائرة أم لا. خلال هذا الوقت, يتم تأكيد نقطة الموقع الإحداثي للمنارة بواسطة صفيف هوائي متعامد.
يتم ضبط صفائف الهوائي من خلال تحديد المواقع وتقليل عدد أجهزة الاستقبال المنتشرة. يوجد أدناه رسم توضيحي لنشر مصفوفات الهوائي القياسية باستخدام مجموعة أدوات تطوير Bluetooth AOA.
نشر برنامج AoA في البلوتوث 5.1
بلوتوث 5.1 تم تطويره باستخدام مواصفات بروتوكول AoA في طبقة الارتباط المنطقية. يمكن لزاوية الوصول وزاوية المغادرة أن تدعم كلا من أوضاع البث والاتصال وتعمل تحت 1M أو 2M PHY عادي. فيما يلي متطلبات تنسيق نقل البيانات
• تحتوي حزمة بيانات PDU على مواصفات AoA/AoD موحدة
• CTE هو امتداد حزمة بيانات AoA/AoD, وفترتها هي 16 ميكرو ثانية – 160 ميكروس.
• تعديل الإشارة 250 كيلو هرتز متاح على موجة حاملة دون التحقق من صحة CRC والتبييض.
• يستخدم جهاز استقبال RX إشارة لحساب فرق الطور وأخذ عينة من قيمة I/Q للإشارة في وقت محدد.
تحديات تصاميم Bluetooth AoA
تدخل انعكاس الإشارة
يستقبل جهاز الاستقبال RX في مشهد حقيقي إشارة الانعكاس الخاصة به أو إشارة زوايا الوصول الأخرى وإشارات المنارة. علاوة على ذلك, يتم نقل حزم البيانات الموسعة CTE بواسطة إشارة الانعكاس على الرغم من أنه يجب أولاً إزالة إشارات الضوضاء.
وقت تبديل التعويض
يتم التحكم في هوائيات TF المختلفة بواسطة قلب التردد اللاسلكي. وبصرف النظر عن وقت انتقال الإشارة في الهواء, يجب دائمًا تعويض وقت تبديل التردد اللاسلكي.
خطأ في قيمة الزاوية
مطلوب خوارزمية لتقليل الخطأ حيث يجب أن تحتوي القياسات على خطأ. خاصة, نطاق الخطأ بين 3% ~ 5%.
نصائح لزيادة دقة Bluetooth AoA
زاوية وصول البلوتوث (اتفاقية الزراعة) يعمل على تحديد زوايا السمت والارتفاع للمنارة باستخدام فرق الطور للإشارة التي تصل إلى هوائيات مختلفة. تؤثر الجوانب المادية وعملية إرسال الإشارات على دقة AoA. تتراوح هذه الدقة من بضعة سنتيمترات إلى حوالي متر.
بعض استراتيجيات تعظيم دقة Bluetooth AoA هي;
أ) احتفظ دائمًا بالأشياء المعدنية بعيدًا عن أجهزة تحديد المواقع. يمكن تحقيق دقة أفضل عن طريق إضافة مربع فوق محددات المواقع. يتم ذلك لمنع أي أجسام معدنية بالقرب من أجهزة تحديد المواقع.
ب) ترتيب محددات المواقع على كل جانب من المنارة. من الضروري أن تكون محددات المواقع متباعدة بشكل متساوٍ حول جميع جوانب المنارة. تتحقق الدقة الضعيفة عندما تكون هناك زاوية كبيرة بين المنارة ومحدد الموقع.
ج) يتم تحقيق أفضل دقة عندما يتم وضع المنارة ومحدد الموقع بشكل وثيق. قم دائمًا بإسقاط محددات المواقع باستخدام أسقف عالية للحصول على دقة أفضل. أيضًا, تذكر عدم إسقاط محددات المواقع بعيدًا جدًا نظرًا لأنه قد يتم تحقيق دقة ضعيفة عندما تكون هناك زاوية كبيرة بين محدد المواقع والمنارة.
د) من بين X, ي, ومواقع Z, يتم تحقيق أسوأ دقة على المحور Z حيث يتم وضع جميع محددات المواقع غالبًا على ارتفاعات مماثلة.
ه) يتم تحقيق دقة أفضل عند وجود خط رؤية بين محدد الموقع والمنارة. فكر في وضع إشارات فوق العناصر مثل أحمال المنصات وأجهزة تحديد المواقع على السطح أو السقف لإنشاء خط رؤية بين الاثنين.
F) أضف محددات مواقع إضافية في الموقع المحدد لإنشاء المزيد من زوايا الموقع. يمكن استخدام زوايا الموقع هذه لحساب دقة محسنة لموضع المنارة.
ز) يمكنك أيضًا التصفية بمرور الوقت للحصول على متوسط المزيد من البيانات. يمكن تحقيق ذلك دون الضغط على محرك الموقع, على الرغم من زيادة الكمون عند تلقي تحديثات الموقع.
ح) يعتمد الاختلاف في الدقة على اتجاه المنارة. في سيناريوهات خاضعة للرقابة, يمكنك التفكير في ترتيب وتحديد اتجاه المنارة لتعزيز الدقة في اتجاه معين.
أنا) من الضروري أن يكون لديك موقع دقيق وقياس مرساة - حيث يتم الوصول إلى دقة ضعيفة بسبب القياسات الأولية غير الدقيقة.
مزايا تقنيات تحديد المواقع AoA عبر البلوتوث من MOKOBlue
• لديهم متوسط دقة بين 0.1 ل 0.5 متر
• أنها تعزز دقة البلوتوث الأولية بمقدار 5 أمتار منخفضة الدقة بنسبة تقريبية 10 مرات
• لديهم معدل تحديث مرتفع
• تدعم هذه التقنيات إصدار البلوتوث 5.1
• وهي متوافقة مع العديد من علامات البلوتوث مثل الإشارات, الهواتف الذكية, ساعات, الأساور, واشياء أخرى عديدة
• أنها تستهلك طاقة منخفضة
• لديهم قدرات البث الهابط ومرساة إنترنت الأشياء
ميزات منتج MOKOBlue Beacons
1. الشمال nRF52 سلسلة SoC
2. يدعم نسخة البلوتوث 4.2
3. متوافق مع نسخة البلوتوث 5
4. متوافق مع جوجل Eddystone وأبل آي بيكون
5. متوفر لـ Arduino Bluetooth iOS
6. لديه تكوينات SDK وAPP فريدة من نوعها
بعض إشارات البلوتوث المتوفرة في MOKOBlue هي;
أ) منارة مستشعر الضوء H6 – تم تجميعها بهيكل لحام بالموجات فوق الصوتية ومتوافقة مع إصدار Bluetooth القياسي 4.2. بجانب, فهو مدمج مع مقياس تسارع ثلاثي المحاور وأجهزة استشعار للضوء. تعد منارة مستشعر الضوء H6 هي الأكثر مثالية لحلول معلومات النقاط المهمة.
ب) منارة معصم بلوتوث W6 - منارة معصم بلوتوث هذه متوافقة مع إصدار البلوتوث القياسي 5.1. لقد تم تصميمه خصيصًا لحالات الاستخدام مثل حلول البحث عن العناصر, إدارة التدفق, إلخ.
ج) H7 Helmet Beacon - إنها منارة BLE متينة ذات مستوى عالٍ من مقاومة الماء IP67. المنارة مقاومة للصدمات ومقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة. لذلك, إنه تطبيق فعال لحلول RTLS لأنه يمكن أن يعمل في البيئات القاسية, مثل المستودعات, المصانع, الأنفاق, مواقع البناء, و اكثر.
د) M1 Coin Beacon Tag - عبارة عن جهاز صغير ومحمول يعمل بتقنية Bluetooth ويزن وزنه 5.4 جرامات. علاوة على ذلك, فهو مزود بمستشعر تسارع اختياري ثلاثي المحاور يمكّنه من تحليل سلوك المستخدم. تعد علامة الإشارة المعدنية M1 هي الخيار الأفضل لحلول IPS.
