Bluetooth AoA, AoD найдут дорогу в помещении
Харальд Гормссон по прозвищу Синезубый (годы жизни 910-985) никогда не предвидел ничего такого, пишет обозреватель журнала eejournal Джим Терли. Спецификация беспроводной связи, которая носит его боевое прозвище, была расширена, изменена и адаптирована для охвата всех видов новых приложений. То, что начиналось как приспособа для беспроводного наушника, теперь стало способом подключения к нашим автомобилям, передачи музыки на динамики и поиска наших пропавших домашних животных.
Bluetooth – это нечто большее, чем просто канал ближнего действия для передачи данных. Это также своего рода внутренний GPS, с учётом правильных настроек. Bluetooth AoA и AoD могут определять местоположение объектов с точностью до нескольких дюймов, независимо от того, движутся они или неподвижны. Ими пока мало кто пользуется, но несколько крупных поставщиков делают ставку на то, что их триумф не за горами.
Начиная с Bluetooth 5.1, спецификация теперь включает две новые функции для определения направления, называемые AoA (angle of arrival, угол прибытия) и AoD (angle of departure, угол вылета). Как и спутниковый GPS, AoA и AoD зависят от точного времени излучаемых сигналов для определения местоположения приёмника относительно передатчика. В отличие от GPS, AoA/AoD не являются трёхмерными и им не требуется «созвездие» передатчиков: достаточно только одного. Это относительно дёшево в реализации, и они используют тот же радиочастотный диапазон 2,4 ГГц, что и Bluetooth.
На практике можно использовать либо AoA, либо AoD, но не оба сразу. Оба метода дают один и тот же результат, а именно – относительный угол в измерении X/Y, но они приходят к ответу по-разному. Для обоих требуется антенная решётка и новейшее оборудование Bluetooth 5.1 на одном или другом конце.
«Передатчик» и «приёмник» не коррелируют с мобильным и фиксированным положением или с привязкой (якорем) и меткой (тегом). На языке Bluetooth «якорь» – это неподвижная точка, и ваши углы измеряются относительно неё. С другой стороны, предполагается, что «тег» является мобильным (иначе зачем его искать?). Но фиксированный якорь не обязательно является передатчиком, а мобильная метка не обязательно является пассивным приёмником. Может быть и наоборот.
С AoA, передатчик малоэффективен. Он посылает всенаправленный сигнал с одной антенны, как и любой другой передатчик Bluetooth. Приёмник должен иметь антенную решётку, которую он использует для обнаружения незначительных различий в IQ (квадратурном) времени, когда передаваемый сигнал пересекает решётку. Исходя только из этой информации, он может определить угол, с которого был отправлен сигнал.
Как правило, передатчик будет представлять собой мобильный объект (метку), который вы пытаетесь найти, а приёмник будет закреплён на стене или на потолке. Программное обеспечение должно преобразовать полученный угол в нечто полезное, например, в информацию, из какой комнаты в здании или с какой полки на складе поступает сигнал.
Одна точка привязки обеспечит угол – направление – для передатчика, но не его расстояние или высоту. Этого может быть достаточно, но и ничего плохого нет в использовании нескольких якорей для триангуляции положения тега в 3D-пространстве.
Метод AoD работает таким же образом, но в обратном порядке. Передатчик имеет множество антенн, а приёмник – только одну. Это накладывает большую нагрузку на передатчик, в то время как приёмники могут использовать довольно универсальное оборудование – например, смартфон. В этом сценарии движется приёмник (т.е. человек, идущий со своим телефоном), в то время как фиксированные передатчики предоставляют путевые точки.
В любом случае, по крайней мере, часть оборудования должна быть совместима с Bluetooth 5.1. Одним из преимуществ метода AoA является то, что только якорь должен соответствовать требованиям. Теги могут использовать более старое оборудование Bluetooth 4.0, и, поскольку в большинстве установок тегов больше, чем якорей, это бонус.
Silicon Labs, Texas Instruments, Nordic Semiconductor и Dialog Semiconductor предлагают чипы с поддержкой AoA. То же касается ещё одной компании. Blueiot – это родственный им стартап в Пекине, который, как следует из названия, определяет местоположение Bluetooth для устройств Интернета вещей.
Генеральный директор стартапа Райсон Чжао говорит, что компания первоначально фокусировалась на поиске местоположения UWB (сверхширокополосного), но в конечном итоге переключилась на Bluetooth AoA/AoD. Он признает, что UWB обеспечивает лучшую точность, чем AoA, и с ним легче работать, но AoA дешевле, и у него больше рыночного роста и импульса.
Чжао утверждает, что большинство приложений для клиентов делятся на две основные (и, казалось бы, не связанные между собой) категории: складирование и здравоохранение. Логистические компании хотят отслеживать коробки на полках, погрузчики во дворе, прицепы за зданиями и даже сотрудников, перемещающихся по переполненным помещениям с плохим обзором. С другой стороны, пользователи здравоохранения, как правило, отслеживают местонахождение ценного мобильного диагностического оборудования, врачей и пациентов. Небольшая бирка для отслеживания, надетая на браслет или ремешок, может помочь больнице найти заблудившихся пациентов или срочно необходимого врача.
Во всех этих случаях Чжао говорит, что AoA работает лучше, чем AoD, потому что теги должны быть дешёвыми и простыми, в то время как сравнительно дорогие точки привязки – фиксированными. Однако он видит, что AoD набирает обороты, поскольку iOS и Android добавляют к нему свою поддержку. Смартфоны могут обеспечить поиск путей в больницах, музеях, правительственных зданиях и других труднодоступных местах.
Большинство реальных приложений имеют около пяти антенн на расстоянии 20-30 см просто потому, что отслеживаемый объект – не больше этого. Всё, что достаточно велико, чтобы вместить идеальную антенную решётку, также достаточно велико, чтобы заметить из космоса. Или из Валгаллы. Короче, король Харальд был бы доволен.
Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный канал на TamTam