La ricerca della direzione è la pratica di conoscere la direzione di trasmissione di un segnale ricevuto. Supporta tutto in un sistema, dal monitoraggio della fauna selvatica all'aviazione e alla navigazione nautica. Bluetooth ha aggiunto la nuova specifica di base opzionale per la ricerca della direzione nel suo ultimo Bluetooth 5.1. Questa nuova funzionalità consente ai dispositivi Bluetooth di conoscere la direzione di qualsiasi segnale trasmesso da un altro dispositivo Bluetooth. È anche capace e può migliorare radicalmente le soluzioni di servizi di localizzazione Bluetooth. La caratteristica del rilevamento della direzione supporta due tecniche. Queste tecniche sono; il Bluetooth AoA (angolo di arrivo) e Bluetooth AoD (angolo di partenza).
Al MOKOBlue, creiamo e forniamo multipli Beacon Bluetooth che supportano le nuove funzionalità di ricerca delle direzioni Bluetooth con design diversificati per lo sviluppo indipendente. Il nostro team è dedicato allo sviluppo e alla personalizzazione di vari progetti hardware e software in base alle esigenze del cliente.
Il principio di funzionamento dell'angolo di arrivo e dell'angolo di partenza
Angolo di arrivo (AoA)
- Una risorsa trasmette(TX) la sua posizione ad un AoA localizzatore, come un punto di accesso wireless (AP), luce connessa, o lampada intelligente
- Il localizzatore misura l'angolo di arrivo del segnale
Angolo di partenza(AOD)
- I beacon trasmettono informazioni AoD, come le coordinate, attraverso più antenne
- Dispositivi mobili, compresi gli smartphone, ricevere i beacon e calcolare la loro posizione
Design Considerazioni su Bluetooth AoA (Angolo di arrivo)
• È necessaria solo una singola antenna. Può essere di bassa potenza e supporta contemporaneamente altre funzionalità di BLE
• Solo 4 X 4 o 3 X 3 interruttori e raggi dell'antenna sono necessari ai localizzatori
• Tutte le letture angolari vengono elaborate da Bluetooth AoA gateway. Determinano inoltre la posizione del dispositivo comunicando con un sistema di gestione delle risorse nel cloud
Design Considerazioni su Bluetooth AoD (Angolo di partenza)
• Solo 4 X 4 o 3 X 3 interruttori e raggi dell'antenna sono necessari per i fari
• Gli algoritmi AoD devono essere supportati da dispositivi come gli smartphone
• Il sistema dei servizi di localizzazione deve avere familiarità con le coordinate del faro
Soluzioni della nuova funzione di rilevamento della direzione Bluetooth
Oltre al posizionamento e alle applicazioni di prossimità chiave, la funzione di rilevamento della direzione Bluetooth ha anche altre soluzioni. Loro includono;
Soluzioni per la ricerca di articoli
Nell'esperienza dell'utente, le soluzioni di ricerca degli oggetti subiscono un notevole aumento. Quando i venditori di smartphone incorporano una funzione di rilevamento della direzione Bluetooth AoA nei loro telefoni, le soluzioni di ricerca degli articoli possono controllare i dati direzionali. Ciò implica che non solo saranno in grado di determinare la vicinanza di un oggetto fuori posto, ma conosceranno anche la sua posizione esatta. Così, la funzione di rilevamento della direzione Bluetooth elimina il requisito di assunzione durante la ricerca di oggetti smarriti.
Soluzioni RTLS
Le soluzioni RTLS possono implementare la funzione di rilevamento della direzione per migliorare la precisione Bluetooth AoA di una posizione fino a un centimetro quando distribuite nell'ambiente giusto. RTLS con una funzione di rilevamento della direzione consente a una fabbrica di tracciare facilmente la posizione e il flusso dei materiali con maggiore precisione. inoltre, avvisa anche i dipendenti ogni volta che si avvicinano a zone di lavoro pericolose.
PoI Information Solutions
Quando la funzione di rilevamento della direzione Bluetooth AoA viene aggiunta agli smartphone, le soluzioni informative PoI ne traggono vantaggio principalmente. Per esempio, varie mostre con segnali luminosi associati in un museo possono utilizzare l'applicazione di informazioni PoI. Gli utenti possono accedere all'applicazione informativa del PdI dal proprio smartphone e conoscere tutti i reperti disponibili in una sala. L'applicazione consente all'utente di selezionare la mostra più opportunistica per ricevere informazioni aggiuntive su quella particolare mostra. Gli utenti possono utilizzare il supporto per la ricerca della direzione per acquisire maggiori informazioni su un particolare articolo semplicemente puntando il proprio smartphone su quella specifica esposizione.
Soluzioni IPS
La funzione di rilevamento della direzione viene applicata anche nelle soluzioni IPS. Per esempio, nei sistemi di posizionamento, la nuova funzione di direzione Bluetooth può essere utilizzata per guidare i fan in un grande stadio direttamente sui loro posti. Le soluzioni IPS con la funzione di rilevamento della direzione richiedono meno segnali di localizzazione per ottenere una migliore precisione. Ciò conferisce ulteriore efficacia alle distribuzioni. inoltre, l'accuratezza raggiunta fornisce informazioni incrementali e una comprensione dell'interazione tra consumatore e prodotto.
Bluetooth 5.1 Teoria della realizzazione del servizio di localizzazione AoA
Riepilogo della tecnologia di posizionamento indoor
Il posizionamento indoor ha diverse soluzioni. Loro includono; UWB, Wifi, faro BLE, e BLE AoA. UWB ha un intervallo di precisione da 0,1 ma 1 m, mentre i beacon Wi-Fi e BLE hanno un errore maggiore. La loro gamma di precisione è compresa tra 5 ma 20 m.
Analisi della teoria del posizionamento indoor
Il sistema di posizionamento indoor disegna la modellazione architettonica di una scena reale, imposta il router del ricevitore in un luogo interno, e segna la posizione di corrispondenza sulla mappa di modellazione. Tutti i segnali wireless vengono trasmessi tramite uno smartphone o un modulo beacon. Dopo aver ricevuto i segnali wireless, il router ricevitore installato in un punto fisso autentica la gamma dell'area di posizione del beacon.
Dopo aver confermato la sua area di posizione, varie antenne possono misurare l'angolo di arrivo del segnale del beacon. Questo può essere calcolato combinando la posizione precisa del faro e il posizionamento della triangolazione.
Triangolazione
La triangolazione si riferisce alla misurazione della posizione di un faro utilizzando due set di dati AoA. Un dato AoA può essere misurato utilizzando due set di antenne. D'altro canto, la posizione di un dispositivo può essere misurata utilizzando due serie di dati AoA.
Teoria della misura
Frequenza
La banda ISM nei dispositivi Bluetooth inizia da 2.40 GHz a 2.41 GHz. Bluetooth ha 3 canali di trasmissione che includono 37, 38, e 39. Nelle specifiche principali di Bluetooth v5.x, l'ampia trasmissione Bluetooth Low Energy può essere trasmessa in qualsiasi canale da 0 per 39. Così, tutti i beacon con versione Bluetooth 5.1 può funzionare efficacemente su qualsiasi canale Bluetooth.
Fase
Tutti i segnali wireless sono continui nell'aria. Nella gamma di frequenza, il ricevitore RX inverte la modulazione e raccoglie il segnale di un ciclo d'onda 0~2π.
Calcolo AoA
Immagina quando un segnale beacon BLE a frequenza fissa viene trasmesso in uno spazio aperto. L'RX riceve una differenza di fase nulla quando i ricevitori si trovano sullo stesso raggio e l'estremità TX durante un determinato periodo di tempo. tuttavia, un ricevitore di fase viene acquisito quando il ricevitore RX si trova in una posizione con raggio incompatibile, durante un periodo particolare.
Errore di misurazione AoA
Ci sono due angoli di un piano bidimensionale, ma c'è una traiettoria circolare con un raggio di α in coordinate tridimensionali effettive. Sebbene il ricevitore AoA conosca il segnale di un faro quando si trova sulla traiettoria del cerchio, non può determinare se sono sul cerchio o no. Durante questo periodo, il punto di posizione delle coordinate del faro è confermato da un array di antenne ortogonali.
Gli array di antenne vengono impostati tramite il posizionamento e riducendo il numero di ricevitori schierati. Di seguito è riportata un'illustrazione della distribuzione di array di antenne standard con un kit di sviluppo Bluetooth AOA.
Distribuzione del software AoA in Bluetooth 5.1
Bluetooth 5.1 è sviluppato con le specifiche del protocollo AoA nel livello di collegamento logico. L'angolo di arrivo e l'angolo di partenza possono supportare sia le modalità di trasmissione che di connessione e funzionano con PHY regolare di 1M o 2M. Di seguito sono riportati i requisiti del formato di trasmissione dei dati
• Un pacchetto dati PDU ha specifiche AoA/AoD standardizzate
• Il CTE è l'estensione del pacchetto dati AoA/AoD, e il suo periodo è 16 μs – 160 μs.
• La modulazione del segnale di 250 kHz è disponibile su un'onda portante senza convalida e sbiancamento CRC.
• Il ricevitore RX utilizza un segnale per calcolare la differenza di fase e campionare il valore I/Q del segnale in un momento specifico.
Sfide dei design Bluetooth AoA
Segnale di interferenza di riflessione
Il ricevitore RX in una scena reale riceve il suo segnale di riflessione o quello di altri angoli di arrivo e segnali beacon. inoltre, I pacchetti di dati estesi CTE vengono trasportati dal segnale di riflessione, anche se i segnali di rumore devono essere prima eliminati.
Tempo di commutazione della compensazione
Varie antenne TF sono controllate dal nucleo RF. A parte il tempo di trasmissione del segnale nell'aria, il tempo di commutazione della RF deve essere sempre compensato.
Errore valore angolo
È necessario un algoritmo per ridurre al minimo l'errore poiché le misurazioni devono avere un errore. Soprattutto, l'intervallo di errore è compreso tra 3% ~ 5%.
Suggerimenti per massimizzare la precisione di Bluetooth AoA
Bluetooth Angolo di arrivo (AoA) elabora gli angoli di azimut e di elevazione del faro utilizzando la differenza di fase di un segnale che colpisce varie antenne. Gli aspetti fisici e il processo di trasmissione dei segnali influiscono sull'accuratezza di AoA. Questa precisione varia da pochi centimetri a circa un metro.
Alcune delle strategie per massimizzare la precisione di Bluetooth AoA sono;
un) Tenere sempre gli oggetti metallici lontano dai localizzatori. È possibile ottenere una migliore precisione aggiungendo la boxe sopra i localizzatori. Questo viene fatto per tenere lontano qualsiasi oggetto metallico vicino ai localizzatori.
b) Disporre i localizzatori su ogni lato di un faro. È essenziale disporre di localizzatori uniformemente distanziati su tutti i lati del faro. Una scarsa precisione si ottiene quando c'è un grande angolo tra il faro e il localizzatore.
c) La migliore precisione si ottiene quando il faro e il localizzatore sono posizionati da vicino. Abbassare sempre i localizzatori con soffitti alti per ottenere una migliore precisione. Anche, ricordarsi di non far cadere i localizzatori troppo lontano poiché è possibile ottenere una scarsa precisione quando c'è un grande angolo tra il localizzatore e il faro.
d) Tra gli X, E, e Z posizioni, la peggiore precisione si ottiene sull'asse Z poiché tutti i localizzatori sono spesso posizionati ad altezze simili.
e) Una migliore precisione si ottiene quando esiste una linea di vista tra il localizzatore e il faro. Prendi in considerazione l'idea di posizionare dei fari sopra oggetti come carichi di pallet e localizzatori sul tetto o sul soffitto per creare una linea di visuale tra i due.
f) Aggiungi ulteriori localizzatori nella posizione esatta per creare più angoli di posizione. Questi angoli di posizione possono essere utilizzati per calcolare una migliore precisione della posizione del faro.
g) Puoi anche filtrare nel tempo per mediare più dati. Questo è possibile senza stressare il motore di localizzazione, anche se la latenza aumenta quando si ricevono aggiornamenti della posizione.
h) La variazione di precisione si basa sull'orientamento di un faro. In scenari controllati, puoi considerare di organizzare e correggere l'orientamento di un beacon per migliorare la precisione in una direzione specifica.
io) È essenziale disporre di una misurazione accurata del sito e dell'ancora: si ottiene una scarsa precisione a causa di misurazioni iniziali imprecise.
Vantaggi delle tecnologie di posizionamento AoA Bluetooth di MOKOBlue
• Hanno una precisione media di mezzo 0.1 per 0.5 metri
• Migliorano di quasi la precisione di 5 metri del Bluetooth iniziale a bassa precisione 10 volte
• Hanno una frequenza di aggiornamento elevata
• Queste tecnologie supportano la versione Bluetooth 5.1
• Sono compatibili con vari tag Bluetooth come i beacon, smartphone, orologi, bracciali, e molti altri
• Consumano poca energia
• Hanno le capacità di trasmissione in downlink e di ancoraggio IoT
MOKOBlue Beacon Caratteristiche del prodotto
1. SoC serie Nordic nRF52
2. Supporta la versione Bluetooth 4.2
3. Compatibile con la versione Bluetooth 5
4. Compatibile con Google Eddystone e Apple iBeacon
5. Disponibile per Arduino Bluetooth iOS
6. Ha configurazioni SDK e APP uniche
Alcuni dei beacon Bluetooth disponibili su MOKOBlue sono;
un) H6 Light Sensor Beacon – È assemblato con una struttura di saldatura ad ultrasuoni ed è compatibile con la versione Bluetooth standard 4.2. Oltretutto, è integrato con un accelerometro a 3 assi e sensori di luce. Il faro con sensore di luce H6 è il più ideale per le soluzioni di informazioni POI.
b) W6 Bluetooth Wristband Beacon – Questo braccialetto Bluetooth è compatibile con la versione Bluetooth standard 5.1. È creato appositamente per casi d'uso come soluzioni per la ricerca di oggetti, gestione del flusso, eccetera.
c) Faro per casco H7 – È un faro BLE durevole con un alto livello di impermeabilità di IP67. Il faro è antiurto e resistente alle alte temperature. Quindi, è un'applicazione efficace per le soluzioni RTLS in quanto può funzionare in ambienti difficili, come i magazzini, fabbriche, tunnel, siti di costruzione, e altro ancora.
d) M1 Coin Beacon Tag – È un hardware per tag beacon Bluetooth piccolo e portatile che pesa 5.4 grammi. inoltre, è costruito con un sensore accelerometro a 3 assi opzionale che gli consente di analizzare il comportamento dell'utente. Il tag beacon a moneta M1 è la scelta migliore per le soluzioni IPS.
