使用BLE信标和Wi-Fi技术进行设备跟踪

日期:2017-1-5作者:Craig Mathias

【TechTarget中国原创】

无线技术在定位和跟踪方面的使用可以追溯到80年前雷达的发明,它是目前许多商用和军用系统的重要元件。雷达会向一个物体发射大量强力脉冲,然后提取反射回来的能量样本,从而确定该物体的位置,而另一种重要技术则使用一个特定来源发射的无线信号来完成相同操作。例如,GPS和板载转发器就是采用这种方式来跟踪飞行器。

应用Wi-Fi来定位和跟踪已经有很多年时间,而最近出现的是使用低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy, BLE),类似用途的信标已经引起人们对这些重要技术的广泛关注。想要知道一些重要人物和设备可能处于什么样的重要状态吗?如健康状态。它恰恰可以用作这个用途。这些技术可以帮助寻找在辅助生活设施周围游荡的人,或者寻找主题公园走失的儿童。它们可以帮助人们定位超市里的特定商品,或者帮助人们在大型体育场、机场或会议中心找路。应用场景多不胜数。

基于位置的服务是许多想在特定领域实现个性化用户体验的组织的重要关注点。而且,可以想象到,网络在这些应用中扮演着非常重要的角色。设想一下,在博物馆的一件展品前接收到一条定制信息——想象的空间非常大。

利用信号强度进行跟踪

在无线LAN和蓝牙领域应用最普遍的技术是信号强度。其基本概念是利用无线电波随着传输距离增长而衰减的特性,其衰减速度是特定链路两个终端距离的平方。因为无线电波在室内环境回弹传播,然后在遇在墙壁或天花板时显著损失能量,人为变得越来越弱,因此任何特定的样本或无线能量都可能无法正确指示距离。

但是,如果有足够的样本和反射出异常结果,那么就有可能实时定位和跟踪一个特定的位置,并且通常有很好的精度。例如,在很多时候,使用未改动的Wi-Fi客户端和1平方米左右的基础架构,再加上必要的辅助条件,如增加1~2个接入端(AP)、或者通过应用软件进行一次校准,就能实现这样的结果。

BLE信标采用类似的工作方式,它给出一个特定站点与信标之间的近、中或远距离指标。由于一个简单的信标只能提供以它为中心的圆形区域内一个站点的粗略距离——只指示出存在,而不能给出具体位置,所以要同时使用两个或更多的BLE信标,才能给出更精确的位置。注意,这里所指的Wi-Fi和蓝牙都需要有网络连接,才能将假定的位置映射到信标所安装的物理空间上——这通常是通过一个预先导入的设施布局图实现的。然后,BLE信标针再通过网络连接直接将一个从数据库查询的唯一ID传输出去——有意思的是,这个网络连接恰恰可能还是同时用于定位和跟踪的Wi-Fi连接。

BLE信标与Wi-Fi跟踪比较

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Craig J. Mathias is a principal with Farpoint Group, a wireless and mobile advisory firm in Ashland, Mass.

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无线技术在定位和跟踪方面的使用可以追溯到80年前雷达的发明,它是目前许多商用和军用系统的重要元件。雷达会向一个物体发射大量强力脉冲,然后提取反射回来的能量样本,从而确定该物体的位置,而另一种重要技术则使用一个特定来源发射的无线信号来完成相同操作。例如,GPS和板载转发器就是采用这种方式来跟踪飞行器。

应用Wi-Fi来定位和跟踪已经有很多年时间,而最近出现的是使用低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy,BLE),类似用途的信标已经引起人们对这些重要技术的广泛关注。想要知道一些重要人物和设备可能处于什么样的重要状态吗?如健康状态。它恰恰可以用作这个用途。这些技术可以帮助寻找在辅助生活设施周围游荡的人,或者寻找主题公园走失的儿童。它们可以帮助人们定位超市里的特定商品,或者帮助人们在大型体育场、机场或会议中心找路。应用场景多不胜数。

基于位置的服务是许多想在特定领域实现个性化用户体验的组织的重要关注点。而且,可以想象到,网络在这些应用中扮演着非常重要的角色。设想一下,在博物馆的一件展品前接收到一条定制信息——想象的空间非常大。

利用信号强度进行跟踪

在无线LAN和蓝牙领域应用最普遍的技术是信号强度。其基本概念是利用无线电波随着传输距离增长而衰减的特性,其衰减速度是特定链路两个终端距离的平方。因为无线电波在室内环境回弹传播,然后在遇在墙壁或天花板时显著损失能量,人为变得越来越弱,因此任何特定的样本或无线能量都可能无法正确指示距离。

但是,如果有足够的样本和反射出异常结果,那么就有可能实时定位和跟踪一个特定的位置,并且通常有很好的精度。例如,在很多时候,使用未改动的Wi-Fi客户端和1平方米左右的基础架构,再加上必要的辅助条件,如增加1~2个接入端(AP)、或者通过应用软件进行一次校准,就能实现这样的结果。

BLE信标采用类似的工作方式,它给出一个特定站点与信标之间的近、中或远距离指标。由于一个简单的信标只能提供以它为中心的圆形区域内一个站点的粗略距离——只指示出存在,而不能给出具体位置,所以要同时使用两个或更多的BLE信标,才能给出更精确的位置。注意,这里所指的Wi-Fi和蓝牙都需要有网络连接,才能将假定的位置映射到信标所安装的物理空间上——这通常是通过一个预先导入的设施布局图实现的。然后,BLE信标针再通过网络连接直接将一个从数据库查询的唯一ID传输出去——有意思的是,这个网络连接恰恰可能还是同时用于定位和跟踪的Wi-Fi连接。

BLE信标与Wi-Fi跟踪比较

哪一种方法更好呢?当然,Wi-Fi方法可能成本较低,甚至可能是免费的,因为有一些AP供应商不需要额外付费就能够提供可靠的定位技术。但是,它可能需要增加额外的AP,才能获得足够的精度。BLE方法则可能需要上千个信标,因此可能成本高昂,甚至会超出管理和运营的承受范围——每一个信标都需要安装,记录在数据库中,然后有时候还要更换电池。

然而,最新开发的虚拟信标技术则完全改变了BLE定位与跟踪技术的经济成本和物理成本——其形态仍然像一台AP设备,甚至还集成到Wi-Fi AP之中。而且,虚拟信标还可以通过软件来移动,从而提升覆盖率或定位质量。当然,有需要的话,Wi-Fi和BLE技术还可以一起工作。

但是,在定位和跟踪领域,或许最受关注的最新发展是现在有一个新标准IEEE 802.11az正在制定中。这个增强标准很可能会在AP与客户端之间使用一种往返计时机制,它称为精确定时测量(Fine Timing Measurement)。通过利用光的传播速度,这个标准可以精确测量范围和动作——同样,还是使用大量样本去计算反射和潜在干扰。这个标准及基于它的产品将会在2020年前后面市。

通常情况下,定位与跟踪的成功最终取决于所涉及的应用及其使用位置数据的方式。目前,核心的挑战是如何提升更新速度,从而在需要的场景中实现实时跟踪。但是,不要担心:这些原理已经存在了几十年时间,定位与跟踪领域的伟大创新已经出现。这个领域正在朝着正确的方向快速发展。