來自市場分析機構(gòu)ABI Research的數(shù)據(jù)顯示,2018年,全球藍牙設(shè)備出貨量達40億個,預(yù)計到2022年,出貨量可以達到52億的規(guī)模。
今年1月,藍牙技術(shù)聯(lián)盟正式發(fā)布了藍牙5.1規(guī)范,在這個規(guī)范當(dāng)中很重要的一個新特性就是“尋向功能”(direction finding),這一新功能可幫助設(shè)備明確藍牙信號的方向,進而幫助開發(fā)解讀設(shè)備方向的藍牙接近(proximity)解決方案,實現(xiàn)厘米級位置精度的藍牙定位系統(tǒng)。
藍牙技術(shù)聯(lián)盟亞太區(qū)開發(fā)者關(guān)系經(jīng)理任凱先生表示,在新興市場,藍牙技術(shù)在智能樓宇、智能家居、智能工業(yè)以及智能城市領(lǐng)域,都會有非常多的應(yīng)用,而該聯(lián)盟新推出的尋向功能,在這4個新領(lǐng)域會有非常多的應(yīng)用。
該聯(lián)盟預(yù)計,藍牙的位置服務(wù)市場,在2022年的產(chǎn)品出貨量將超過4億個。尋向功能就是要強化藍牙位置服務(wù)。
基于位置的藍牙服務(wù)解決方案通常分為兩類:接近類解決方案和定位系統(tǒng)。如今,接近類解決方案可借助藍牙,解讀兩臺設(shè)備何時彼此靠近,以及相距距離的近似值。該類別同時包括物品追蹤(item finding)解決方案(如個人財物標簽)及地標(Point of Interest; PoI)信息解決方案(如鄰近感知Beacon)。
引入尋向功能之后,藍牙接近類解決方案將能夠添加與設(shè)備方向相關(guān)的功能。例如,物品追蹤解決方案將不僅可以告知用戶已臨近財物標簽位置,還能讓用戶了解其所處的方向,顯著提升用戶體驗。
定位系統(tǒng)可采用藍牙來明確設(shè)備的物理位置,例如可用于資產(chǎn)跟蹤的實時定位系統(tǒng)(Real Time Location System, RTLS)和可用于室內(nèi)導(dǎo)航的室內(nèi)定位系統(tǒng)(Indoor Location System, IPS)。如今,藍牙定位系統(tǒng)在明確設(shè)備物理位置時的精度可達到米級。通過添加尋向功能,此類定位系統(tǒng)可將位置精度提升至厘米級。
應(yīng)用痛點
在接近類的解決方案中,有兩個典型應(yīng)用,一個是物品追蹤,比如我們常常找不到鑰匙、錢包等,可以通過藍牙鏈路來確定兩臺藍牙設(shè)備之間的距離。比如在錢包當(dāng)中加入了一個藍牙防丟器tag。
在接近類服務(wù)當(dāng)中,還有另外一個典型應(yīng)用,就是地標信息解決方案,也就是我們常說的Beacon,當(dāng)我們進入一個商場,或者進入一個超市,可以通過手機,接收商場或者超市推送的Beacon信息,比如打折新品。
另外兩個典型應(yīng)用,來自于定位系統(tǒng),首先是實時定位功能,RTLS主要應(yīng)用在資產(chǎn)跟蹤,這在工業(yè)、智能建筑里面都有應(yīng)用場景。再有就是室內(nèi)定位,藍牙在這方面的應(yīng)用是非常成熟的。
無論是實時定位,還是室內(nèi)定位,包括接近類的應(yīng)用,原理是類似的,都是基于數(shù)據(jù)包傳輸當(dāng)中的接收信號強度,也就是RSSI – Radio Signal Strength Indication這樣一個機制。通過接收到的RSSI強度,來虛擬產(chǎn)品在周圍的大致范圍。但是這種傳統(tǒng)定位只能給出一個大致的方位,無法實現(xiàn)精確定位。這也就是為什么要在藍牙最新的核心規(guī)范當(dāng)中推出藍牙尋向功能的原因。
尋向功能是怎么實現(xiàn)的?
藍牙尋向功能,是將之前在其他頻段、通過無線電尋向機制,加入到Buletooth Radio當(dāng)中實現(xiàn)的。所以這是一種成熟的技術(shù)。
那么,藍牙的尋向究竟是如何實現(xiàn)的呢?首先看一下第一種方式,也就是到達角Angle of Arrival(AoA),這里有一個藍牙發(fā)射機,會通過單一天線,周期性地發(fā)送一些特殊的數(shù)據(jù)包,在藍牙的接收機端,需要做多天線陣列,至少要有兩個天線,這個接收機可以通過不斷地使能各個天線來接收藍牙發(fā)射機的特殊數(shù)據(jù)包,因為是不同的天線,所以在各個接收天線上收到的無線電信號,相位是有差別的。根據(jù)相位差。以及天線之間的距離,就可以算出到達角,有了這個到達角,問題就解決了,我們可以通過這個角度來實時了解我和設(shè)備相互之間的角度。
還有另外一種機制,叫做Angle of Departure(AoD),出發(fā)角,它和Angle of Arrival是相反的。AoA的發(fā)射機是單天線,接收機是多天線。而Angle of Departure的發(fā)射機是多天線,接收機是單天線,發(fā)射機周期性地通過各個天線來發(fā)射低功耗藍牙數(shù)據(jù)包,接收機通過一定的時系,通過各個天線發(fā)送出來的數(shù)據(jù)包,提取通過不同天線發(fā)出來無線電信號的相位差,通過相位差值,以及發(fā)射機天線之間的距離,就可以計算出Angle of Departure,也就是到達角,有了這個相對的角度,可以知道我們和被測節(jié)點之間的相對角度,從而實現(xiàn)尋向功能。這就是藍牙尋向的基本原理。
功耗方面,無論是AoA還是AoD,發(fā)射芯片并不需要提高發(fā)射功率,對于發(fā)射機的(物理層)變化沒有任何干預(yù),所以它的發(fā)射電流和接收電流,之前是多少,加入了AoA、AoD之后,它還是多少,主要是通過天線的切換,包括天線之間的距離,來計算出AoA、AoD的角度,是不會額外增加功耗的。
綜上,自從推出了低功耗藍牙以后,其定位服務(wù)應(yīng)用就出現(xiàn)在了很多場景當(dāng)中,比如博物館、商場、工廠、倉庫等等,這些應(yīng)用主要是通過RSSI,也就是信號強度檢測的機制,通過三邊測量,來實現(xiàn)室內(nèi)定位和實時定位功能。藍牙技術(shù)聯(lián)盟在最新的核心規(guī)范中推出的尋向功能,將室內(nèi)定位的服務(wù)進行了增強,不僅可以使用原有的RSSI方案,還可以將藍牙尋向功能中的AoA和AoD,加入到現(xiàn)有的這些藍牙定位系統(tǒng)當(dāng)中,實現(xiàn)更加精確的定位。
新的藍牙尋向功能和現(xiàn)有的通過RSSI的定位機制,可以相互融合。相互之間進行補償,進行校準,使得定位精度有質(zhì)的提升。
智能家居專項組
藍牙技術(shù)聯(lián)盟于2017年7月發(fā)布了一個針對多點對多點的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)——藍牙Mesh。它使低功耗藍牙的拓撲結(jié)構(gòu)從之前的點對點,點動多點,到現(xiàn)在的多點對多點。這樣一個網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),對于藍牙技術(shù)來說是一個革命性的變化。藍牙點對點或者點對多點機制面對一些應(yīng)用場景時是有缺陷的,通過藍牙Mesh則可以解決這些問題,信息可以在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中進行路由,所以,這樣的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),對于控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng),包括一些自動化、照明應(yīng)用,都會有極大的幫助和應(yīng)用體驗的提升。
1月8日,藍牙技術(shù)聯(lián)盟宣布成立了一個智能家居專項組,其隸屬于藍牙技術(shù)聯(lián)盟的自動化工作組,該專項組有兩個特點:第一,組內(nèi)的討論將會使用中文;第二,開會時間將會采用北京時間。
可見,該專項組是藍牙技術(shù)聯(lián)盟專門針對大中華地區(qū)成立的,主要目的是解決目前藍牙Mesh在智能家居領(lǐng)域應(yīng)用的Model定義問題。因為藍牙技術(shù)聯(lián)盟在發(fā)布1.0版本的Model定義時,有通用的Model,但是當(dāng)藍牙Mesh應(yīng)用到智能家居領(lǐng)域的時候,會員發(fā)現(xiàn)還有其他一些潛在的應(yīng)用場景,需要有Model的支持。
據(jù)悉,已經(jīng)有60多家公司加入到這個專項組當(dāng)中。此外,該專項組不設(shè)會員等級界限,只要是藍牙技術(shù)聯(lián)盟的會員,都可以加入專項組進行討論。