Tandis que BLE AoA (angle d'arrivée) gagne en popularité en tant que méthode de positionnement des actifs et du personnel, le positionnement Bluetooth RSSI reste une option pertinente et rentable. Les méthodes AoA s'accompagnent d'exigences algorithmiques complexes et de coûts plus élevés, ce qui les rend moins idéales pour chaque scénario de positionnement Bluetooth. Cet article vise à présenter le positionnement Bluetooth RSSI, plus économique et plus convivial. Il est bien adapté pour l'intérieur Applications de suivi des actifs BLE qui n’exigent pas des niveaux de précision extrêmement élevés.
Qu'est-ce que le positionnement RSSI Bluetooth ?
RSSI est l'abréviation de Receiver Signal Strength Indication, qui représente la force du signal reçu. Il aide les appareils à évaluer la force du signal reçu et la distance entre la source du signal et le récepteur. RSSI est également utilisé dans diverses technologies de communication sans fil, telles que LTE et Wi-Fi.
Le positionnement Bluetooth RSSI est une technique qui exploite la relation entre l'atténuation du signal Bluetooth RSSI et la distance pour calculer l'emplacement des terminaux Bluetooth. Généralement, le positionnement Bluetooth RSSI offre une précision de 2 à 5 mètres. Cette solution de positionnement BLE se caractérise par un déploiement facile, une rentabilité et un prix abordable.
Types de méthodes de positionnement Bluetooth RSSI
Les types de méthodes de positionnement Bluetooth RSSI peuvent être classés en deux approches principales : positionnement côté réseau et positionnement côté terminal.
Lors du positionnement côté réseau, lorsque les signaux Bluetooth se propagent, ils peuvent subir une certaine atténuation d'énergie. Plus la distance entre l'émetteur et le récepteur est grande, plus la force du signal devient faible. Par conséquent, le positionnement peut être réalisé en estimant la distance jusqu'à l'émetteur à partir de la force du signal reçu.
Dans le positionnement côté terminal, la mesure du décalage horaire est utilisée pour le positionnement. Dans cette méthode, le terminal calcule sa propre position en recevant des horodatages ou des intensités de signal provenant de plusieurs stations de base ou balises Bluetooth. Il calcule ensuite le décalage horaire ou la différence d’intensité du signal pour déterminer son emplacement.
Quelle que soit la méthode de positionnement choisie, la condition fondamentale est de recevoir initialement le signal diffusé. Ce signal Bluetooth reçu constitue la base pour évaluer la distance par rapport à l'objet mesuré.
Le positionnement côté terminal est généralement utilisé pour la navigation de positionnement en intérieur, le marketing de proximité pour les centres commerciaux et d'autres applications basées sur le terminal utilisateur. Le positionnement côté réseau est principalement utilisé dans des situations telles que le suivi et le positionnement du personnel, la gestion des actifs et l'analyse des flux de passagers.
Solutions de positionnement Bluetooth RSSI basées sur des passerelles Bluetooth
Cette solution de positionnement est bien adaptée au déploiement dans des environnements tels que les maisons de retraite et les écoles. Il est centré autour Passerelles Bluetooth, intègrent des balises BLE de faible consommation, économiques et durables.
Nous pouvons déployer la passerelle Bluetooth sur les plafonds ou les murs, où elle estime les distances et triangule les positions à l'aide du Bluetooth RSSI. De plus, la passerelle Bluetooth peut relayer des informations concernant l'état d'alimentation des balises et d'autres données pertinentes vers les emplacements désignés qui nécessitent ces données.
De plus, il existe une méthode de positionnement inversé qui marque la portée de balayage de la passerelle Bluetooth comme zone de sécurité et place en même temps les balises Bluetooth sur les actifs critiques qui doivent être surveillés. Une fois que l'appareil Beacon quitte la plage de sécurité, il peut déclencher une alarme de sécurité en arrière-plan. Atteindre l’objectif du suivi inconnu est également la clé pour assurer la sécurité des soins et de la gestion de la maison. Lorsqu'un appareil Beacon sort de la plage de sécurité, il peut activer une alarme de sécurité en arrière-plan. Cette méthode a le double objectif de permettre un suivi discret et d’assurer la sécurité des soins et de la gestion immobilière.
Avantages et inconvénients de Bluetooth RSSI dans la gestion des actifs en temps réel
Pour les applications simples à courte portée, un seul récepteur est généralement requis. Cependant, pour déterminer avec précision l'emplacement réel d'un actif dans des scénarios de suivi d'actifs, en particulier dans des environnements plus grands ou plus complexes et où les informations de proximité à elles seules s'avèrent insuffisantes, il devient nécessaire d'utiliser trois récepteurs ou plus (Passerelles balises BLE). Cela nécessite des modèles de trilatération et de perte de chemin pour estimer la position relative de l'actif par rapport aux récepteurs. Dans le même temps, par rapport aux scénarios de navigation en intérieur, où quelques balises peuvent suffire, trois balises Bluetooth ou plus sont généralement nécessaires pour localiser avec précision le récepteur.
Généralement, dans des environnements tels que les entrepôts, il peut y avoir plus de 10 récepteurs, ce qui augmente la complexité. Dans ce cas, ces récepteurs doivent relayer les données sur l'intensité du signal à un serveur, qui s'appuie ensuite sur des algorithmes de trilatération pour estimer l'emplacement des actifs.
Il est essentiel de noter que RSSI peut vous indiquer dans quelle pièce se trouve l'actif, mais il ne peut pas déterminer précisément son emplacement précis à l'intérieur de la pièce ni même son orientation par rapport au récepteur. Pour les situations exigeant une grande précision, des informations directionnelles, ou les deux, il est conseillé d'explorer l'utilisation de la technologie d'angle d'arrivée (AoA) BLE 5.1 au lieu de, ou en combinaison avec, RSSI. Le positionnement BLE AoA offre des capacités améliorées pour une détermination précise de l'emplacement et des informations directionnelles.
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Si l'actif que vous suivez est très petit et nécessite une plus grande précision pour une détermination efficace de sa localisation, ou si vous suivez un actif destiné à être utilisé dans des situations d'urgence où une faible précision pourrait présenter des risques importants, RSSI n'est peut-être pas la meilleure option dans cette situation, ou du moins pas seul.
En résumé, Bluetooth RSSI offre simplicité et rentabilité pour les applications à courte portée, mais pour un suivi précis des actifs et une détermination de localisation, il peut être plus prudent d'explorer des technologies alternatives ou complémentaires pour améliorer la précision de localisation et réduire le risque d'inexactitudes.
Principe de fonctionnement du positionnement Bluetooth RSSI
RSSI, qui signifie Reçu Signal Strength Indication, est une mesure de la puissance du signal reçu par un appareil. Lorsqu'une passerelle Bluetooth recherche des appareils de balise Bluetooth à proximité, la radio Bluetooth de chaque appareil de balise fournit une mesure RSSI pour la passerelle. RSSI est mesuré en décibels (dBm) sur une échelle logarithmique, les valeurs négatives indiquant une plus grande distance entre les appareils.
Dans les applications pratiques, les valeurs RSSI peuvent généralement aller de -100 à 0 dBm. Les valeurs RSSI plus proches de 0 indiquent un signal plus fort, tandis que des valeurs plus négatives représentent des signaux plus faibles. Une valeur RSSI de 0 dBm signifie un signal exceptionnellement fort, mais cela est rarement rencontré dans la pratique.
Nous supposons que BS1(x1,y1), BS2(x2,y2) et BS3(x3,y3) sont trois balises Bluetooth à position fixe disposées dans un espace. L'emplacement du point d'accès (E) peut être déterminé approximativement selon le principe de positionnement en trois points. Ce principe implique le concept selon lequel le signal de l'émetteur se propage dans toutes les directions pour former une intersection sphérique. En analysant l'intersection de ces sphères de signaux, il devient possible de calculer la localisation approximative (x, y) du point d'accès (E).
Précision du positionnement Bluetooth RSSI
Dans les applications du monde réel, l'algorithme de positionnement RSSI du signal Bluetooth n'est pas aussi simple que décrit. L'algorithme intègre également des considérations relatives aux différents facteurs d'atténuation dans différents environnements et applique des algorithmes de filtrage pour réduire les interférences du signal afin d'améliorer la stabilité des données de positionnement. Dans certains cas, des algorithmes de navigation inertielle sont intégrés au processus. Malgré ces améliorations, il est important de noter que la position dérivée à l'aide du Bluetooth RSSI n'est encore qu'une estimation approximative.
Pourquoi est-ce décrit comme une estimation approximative ? Le positionnement Bluetooth RSSI est toujours confronté à des défis inhérents liés à la stabilité du signal et aux facteurs environnementaux.
- Variabilité des signaux : Même dans des environnements ouverts, les signaux de diffusion Bluetooth peuvent être instables et la corrélation entre l'atténuation du signal et la distance n'est pas toujours claire. Au même endroit, le signal RSSI reçu d'un même émetteur peut présenter des variations importantes, différant parfois de plusieurs unités dBm, et dépassant même 10 dBm. Cette variabilité affaiblit la corrélation entre le modèle d'atténuation du signal et la distance.
- Comportement du signal dans des environnements complexes : Dans des environnements moins idéaux avec des matériaux comme le métal, le verre et l'eau qui peuvent provoquer une diffraction et une réflexion du signal, l'atténuation du signal peut ne pas suivre une trajectoire linéaire claire. Dans certains cas, elle peut même présenter une corrélation négative avec la distance. Cela signifie qu'à mesure que l'émetteur s'éloigne du récepteur, la valeur du signal RSSI reçu peut en fait augmenter, entraînant une erreur de positionnement importante. Dans des cas extrêmes, ces facteurs peuvent conduire à des erreurs de positionnement dépassant 5 mètres, mettant en évidence les défis et les approximations impliqués dans le positionnement Bluetooth RSSI.
Néanmoins, dans la plupart des cas, la précision de positionnement du Bluetooth se situe généralement entre 2 et 5 mètres. Comparé à la précision de positionnement des systèmes GPS traditionnels, le positionnement Bluetooth RSSI offre des performances relativement impressionnantes.
Cas d'utilisation du positionnement Bluetooth RSSI
Lorsque vous utilisez Bluetooth RSSI pour le positionnement en temps réel à l'intérieur, les émetteurs Bluetooth (souvent appelés balises de positionnement) sont généralement apposés sur les éléments qui doivent être suivis. Ces balises transmettent en permanence leur emplacement actuel et leur valeur RSSI à des appareils fixes stratégiquement placés dans toute l'installation. Un récepteur Bluetooth, souvent appelé localisateur ou Passerelle IdO Bluetooth, collecte ces informations et les relaie vers un serveur central. Le serveur, à son tour, traite les données et fournit des mises à jour pertinentes aux utilisateurs finaux, les alertant de l'emplacement actuel des éléments suivis.
Par exemple, en milieu hospitalier, le suivi des actifs basé sur Bluetooth RSSI rend possible la gestion des actifs critiques, y compris les équipements médicaux précieux et mobiles tels que les installations d'urgence. Cette approche intelligente de la gestion des actifs améliore non seulement la productivité, mais elle peut également sauver des vies en réduisant le temps nécessaire à la localisation des équipements essentiels.
Ci-dessous, nous proposons une exploration plus approfondie des cas d’utilisation pratiques de ces technologies de positionnement Bluetooth RSSI.
Suivi des actifs intérieurs
Le suivi des actifs intérieurs est crucial pour améliorer l’efficacité, la productivité et la sécurité des employés au sein des grandes organisations comme les hôpitaux et les usines. Ces institutions ont besoin de systèmes capables de surveiller avec précision leurs actifs vitaux. Pour les applications ne nécessitant pas un positionnement très précis, la solution la plus courante consiste à utiliser le RSSI, qui est une mesure du niveau de puissance du signal Bluetooth au niveau du récepteur.
En termes simples, les données RSSI permettent d'estimer la position approximative d'un actif en observant la force du signal reçu. Étant donné que les valeurs RSSI sont négatives, plus un actif est proche du récepteur, plus sa valeur RSSI est proche de zéro.
De nos jours, la majorité des points d'accès WiFi d'entreprise sont équipés de radios Bluetooth intégrées capables de mesurer le RSSI. En conséquence, RSSI représente une solution rentable pour obtenir une localisation approximative des actifs, offrant généralement une précision de mesure d’environ cinq mètres. En savoir plus sur Point d'accès Bluetooth ici.
Si un positionnement plus précis est nécessaire, la technologie de radiogoniométrie Bluetooth 5.1 est nécessaire. L'angle d'arrivée (AoA) publié dans Bluetooth 5.1 permet de positionner les actifs avec une précision inférieure au mètre. Pour suivre les actifs via la solution de positionnement BLE AoA, une puce émettrice Bluetooth doit être connectée à l'actif, transmettant de manière cohérente les paquets de données Bluetooth. Ces paquets sont ensuite capturés par un réseau d'antennes de localisateurs AoA, souvent montés au plafond pour une couverture optimale.
Navigation intérieure
Bien que l'utilisation du GPS pour la navigation extérieure soit très courante, le positionnement et la navigation dans des espaces intérieurs vastes et complexes tels que les hôpitaux ou les aéroports sont difficiles car ces environnements ne disposent généralement pas de l'infrastructure de navigation nécessaire pour déterminer avec précision la position actuelle des individus. Cependant, la technologie Bluetooth offre plusieurs solutions viables pour établir des systèmes de navigation intérieurs fiables.
Une approche consiste à intégrer balise Bluetooth technologie dans l’infrastructure existante. Les balises fournissent des transmissions radio continues qui peuvent être découvertes par n'importe quel scanner Bluetooth dans le rayon de la balise. Pour la plupart des installations commerciales, une option consiste à ajouter des balises aux points d’accès et passerelles WiFi existants.
Une autre approche consiste à intégrer une connexion Bluetooth sans fil dans le système d'éclairage, réduisant ainsi les besoins en câbles. Une fois les balises installées, les visiteurs peuvent accéder aux plans d’étage intérieurs sur des appareils compatibles Bluetooth, comme les smartphones. Cela permet une expérience de navigation intérieure transparente similaire à la navigation GPS extérieure.
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FAQ sur le positionnement Bluetooth RSSI
Quelle est la différence entre RX et RSSI ?
La principale différence entre RX et RSSI réside dans la façon dont ils représentent le niveau de puissance reçu par une antenne :
- RX (puissance reçue) : RX est généralement mesuré en milliwatts (mW) ou en décibels-milliwatts (dBm). Il fournit une mesure absolue de la puissance reçue, indiquant le niveau de puissance réel du signal reçu.
- RSSI (indication de la force du signal reçu) : RSSI, quant à lui, est exprimé sous forme de pourcentage de puissance du signal ou de mesure relative. Il transmet la force relative du signal reçu, et plus la valeur RSSI est élevée, plus le signal semble fort.
La distinction clé est que RX offre une mesure de puissance absolue, tandis que RSSI est relative et spécifique à l'interprétation du fabricant de puces. Il n'existe pas de relation standardisée entre un paramètre physique particulier et la lecture RSSI. Cependant, sur certaines plates-formes spécifiques, il peut exister un mappage reliant une valeur RSSI à une valeur RX physique particulière. Dans certaines situations, seules les données RSSI sont accessibles depuis l'API de haut niveau, ce qui peut constituer une limitation lorsque des mesures de puissance précises sont requises.
Quelle est la précision du positionnement Bluetooth ?
La précision du positionnement Bluetooth se situe généralement entre 2 et 5 mètres. Cette précision dépend de la densité des balises de positionnement placées, les déploiements plus denses entraînant généralement une précision de positionnement plus élevée, potentiellement jusqu'à 2 mètres. Il est important de préciser qu'une précision de positionnement de 2 mètres ne signifie pas que la différence entre la position estimée et la position réelle est exactement de 2 mètres. Il n’est généralement pas possible d’obtenir des précisions de positionnement inférieures à 1 mètre ; il est calculé sur la base de la probabilité.
Par exemple, lorsqu'on fait référence à une précision de positionnement de 2 mètres, cela signifie que 95 % de la zone de positionnement a une précision à moins de 2 mètres de l'emplacement réel pour être considéré comme un niveau de précision de 2 mètres. Cela reflète la nature probabiliste de la précision du positionnement.
Y a-t-il un retard dans le temps de positionnement Bluetooth ?
Oui, il y a un retard dans le temps de positionnement Bluetooth en raison de plusieurs facteurs dans le processus. Ces facteurs comprennent :
- Intervalle d'analyse et de rapport : Le récepteur de positionnement Bluetooth recherche périodiquement les signaux et rapporte les données. Le temps entre chaque cycle de balayage introduit un délai dans la mise à jour des informations du récepteur.
- Intervalle de diffusion des balises Bluetooth : Les balises Bluetooth transmettent leurs signaux à des intervalles spécifiques. Le temps entre chaque diffusion de balise affecte le processus de positionnement.
- Temps de transmission réseau : Les données collectées par le récepteur Bluetooth doivent être transmises à un serveur central via un réseau. Le temps de transmission sur le réseau contribue au retard global.
Traitement de l'algorithme de positionnement : Le calcul et le traitement des données par l'algorithme de positionnement prennent également du temps pour déterminer l'emplacement avec précision.
En général, le délai depuis le point d'ancrage réel dans le positionnement Bluetooth est d'environ 3 secondes. Ce délai peut varier en fonction de la mise en œuvre spécifique et des facteurs mentionnés ci-dessus.
Pourquoi le point de positionnement fluctue-t-il ou le point de positionnement saute-t-il dans une position ?
La fluctuation ou le saut du point de positionnement dans le positionnement Bluetooth se produit pour plusieurs raisons :
- Variabilité des signaux : Le signal reçu par le récepteur de positionnement est influencé par la distance entre l'émetteur et le récepteur. À mesure que cette distance change, la force du signal reçu, mesurée par RSSI, fluctue en conséquence. Cette variabilité naturelle de la force du signal peut entraîner des fluctuations du point de positionnement estimé.
- Interférence environnementale : Divers facteurs environnementaux, tels que la présence d'objets métalliques, d'eau, de verre ou d'obstacles humains, peuvent interférer avec le signal Bluetooth. Ces interférences provoquent des changements rapides dans les valeurs des signaux reçus par le récepteur, contribuant ainsi aux fluctuations des points de positionnement.
- Interférence provenant de l'environnement : D'autres appareils électroniques et signaux dans l'environnement peuvent également affecter les signaux Bluetooth, entraînant des changements soudains dans les valeurs RSSI.
- Propagation par trajets multiples : Dans certains cas, les réflexions du signal et la propagation par trajets multiples peuvent provoquer des variations du signal lorsque les ondes rebondissent sur les objets et arrivent au récepteur sous différents angles.
Dans des circonstances normales, la plage de fluctuation du point de positionnement est généralement inférieure à 3 mètres. Cette fluctuation est une caractéristique commune du positionnement Bluetooth et est due aux défis inhérents à l'estimation précise des positions dans des environnements intérieurs complexes avec des conditions de signal changeantes.
Le positionnement Bluetooth provoquera-t-il des interférences avec d’autres appareils ?
La technologie de positionnement Bluetooth fonctionne dans la bande de fréquences sans fil de 2.4 GHz, qui est une bande de fréquences publique utilisée par divers appareils, notamment le Wi-Fi des smartphones et d'autres technologies sans fil. La clé pour minimiser les interférences est que ces appareils utilisent des mécanismes de communication différents.
Bluetooth utilise la technologie FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), qui implique une commutation rapide entre un ensemble de fréquences disponibles dans la bande de 2.4 GHz. Cette approche de saut de fréquence aide les appareils Bluetooth à éviter les interférences avec d'autres appareils utilisant des signaux à ondes continues. Le Wi-Fi, quant à lui, utilise la technologie de multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM).
En général, même si Bluetooth et d'autres appareils sans fil partagent la même bande de fréquences, leurs différents schémas et technologies de modulation sont conçus pour coexister sans provoquer d'interférences significatives les uns avec les autres. Cela permet le fonctionnement simultané de divers appareils sans fil dans la bande 2.4 GHz, y compris ceux utilisés pour le positionnement Bluetooth, le Wi-Fi, etc.
Qu'est-ce que le protocole Bluetooth iBeacon ?
Le protocole iBeacon est une implémentation spécifique de la technologie BLE, développée par Apple. Il définit un format standardisé pour la transmission de données à l'aide de BLE. Le protocole iBeacon aide à créer une structure cohérente et définie pour les 32 octets de données transmises par les balises Bluetooth, permettant ainsi aux applications et aux appareils de reconnaître et d'interagir plus facilement avec ces balises. Ce format standardisé a été utilisé dans diverses applications basées sur la localisation et sensibles à la proximité.
Le Bluetooth peut-il atteindre un positionnement centimétrique ?
Le positionnement au niveau du centimètre ne peut pas être obtenu en s'appuyant sur Bluetooth RSSI, mais Bluetooth 5.1 ajoute une antenne progressive pour calculer l'angle d'arrivée du signal, c'est-à-dire un positionnement basé sur Bluetooth AoA. Le positionnement peut atteindre une précision moyenne de 0.1 à 0.5 mètre.
Comment la portée Bluetooth RSSI sera-t-elle affectée ?
La portée Bluetooth RSSI (Received Signal Strength Indication) est influencée par divers facteurs du monde réel, notamment les interférences co-canal, la propagation par trajets multiples, les obstructions physiques, les performances et l'orientation des antennes, les facteurs environnementaux tels que la température, l'humidité et les interférences électromagnétiques, les variations. dans la conception et les performances des appareils et chipsets Bluetooth.
En raison de ces facteurs, la télémétrie Bluetooth RSSI peut présenter des fluctuations et différentes tendances selon différents scénarios et environnements. C'est pourquoi le positionnement basé sur RSSI fournit souvent des informations de localisation approximatives plutôt qu'une précision précise, en particulier dans des environnements intérieurs complexes.
