C114通信网  |  通信人家园

无线通信
2019/9/12 15:58

除了连接AirPods,蓝牙能做的事情还有很多……

C114通信网  艾斯

C114讯 9月12日专稿(艾斯)提到蓝牙技术,可能不少人最先想到的是手机与各种外接设备的连接,如AirPods、智能手表和智能音箱等。但蓝牙技术能够做到的,绝非仅止于此。

实际上,蓝牙作为一种无线射频技术,能够提供满足特定互联需求的全栈式解决方案,包括音频传输、数据传输、位置服务和设备网络四大领域。蓝牙已从最初的音频传输扩展到了低功耗数据传输,并能够满足对室内位置服务和可靠的大规模设备网络的市场需求。而AirPods和智能手表连接,仅是蓝牙技术在音频传输和数据传输方面最常见的典型应用而已。

在位置服务和设备网络方面,今年1月份,蓝牙技术联盟推出了蓝牙最新的核心规范——蓝牙5.1,其中包含了最主要的一个新特性是“寻向功能”(direction finding),这一功能有望为基于位置服务的蓝牙解决方案带来显著的性能提升。同时,发布已有两年时间的蓝牙Mesh技术,也越来越多地受到市场认可,并开始在智能家居等领域发挥重要作用。

精确度从米级提升至厘米级 室内定位解决方案迎来新可能

蓝牙位置服务分类

根据市场研究公司ABI Research的预测,到2023年,基于蓝牙位置服务的产品出货量会超过4亿。位置服务已成为蓝牙技术增长最快的解决方案领域之一。

需要明确的是,蓝牙的位置服务并不是因为寻向功能才出现的,而是已有多年的发展时间。从低功耗蓝牙推出之后,蓝牙在位置服务方面的应用就非常广泛。总的来说,蓝牙在位置服务应用主要有两大类:第一大类接近类服务(proximity solutions)——典型应用一是利用低功耗蓝牙技术来寻物和防丢,另一种则为蓝牙Beacon;第二大类为定位系统(positioning systems)——其中又分为实时定位系统(RTLS),主要用于资产跟踪定位,另一种则为室内定位(IPS),主要用于方向找寻。

蓝牙技术联盟亚太区开发者关系经理任凯在近日接受C114采访时表示:“我们当初在推广最新蓝牙寻向功能的时候,主要的一个考量就是把它作为基于蓝牙的位置服务的增强。寻向功能并不是为了替换之前基于信号强度的方案,而是为了增强蓝牙在位置服务方面的能力。也即基于蓝牙寻向功能,使我们的定位精度由之前的米级,达到现在厘米级的定位精度。这最主要的是因为我们在蓝牙寻向功能当中,使用了一个新的机制来检测信号的角度。”任凯所指的是AOA(Angle of Arrival,到达角)和AOD(Angle of Departure,出发角)技术方案。

AOA和AOD原理

在弄清楚AOA和AOD之前,我们先来解释一下此前蓝牙位置服务的实现机制。

无论是蓝牙,还是其他的一些无线通讯系统,都有信号强度。不同的信号强度是对于一个信号链路的质量评估。蓝牙技术的定位系统,就是利用了这样的机制:在场所进行蓝牙定位系统搭建之前,首先可以根据实际情况拟合一条信号与距离的曲线。然后根据信号强度,将不同信号强度代表的三边距离分别进行画圆,最后这些圆圈的会聚、交错重叠最多的位置,就是这个节点最有可能出现的一个位置。这就是低功耗蓝牙基于信号强度的室内实时定位系统原理。

在蓝牙寻向功能中,则加入了AOA和AOD技术方案。

任凯解释道,在AOA方案中,蓝牙发射机只有一根天线,它周期性地不断发射蓝牙的无线通信信号,而在接收机一端则有一个天线阵列,这是与之前蓝牙基于信号强度方案一个很大的不同之处。接收端的天线阵列不仅有多根天线,而且天线的摆放也有多种方式。“因为天线和天线之间距离是有差值的,所以即使是同一个无线通信信号,当它扫过天线阵列的时候,得到的相位差值是不一样的。经过相位差值以及2.4G的波长,以及天线之间的距离差值,接收机这端就可以算出来一个角度,也即AOA。”

AOD的原理则与AOA恰好相反——在发射机这端具有一个天线阵列拥有多根天线,而接收机这端是单天线。

因此,之前蓝牙技术可以通过三边测量的方式画出来的高概率区域,现在有了寻向功能之后,就可以通过AOA、AOD的方式使这个区域变得得窄、更小,从而精度就会更高。

任凯表示,AOA的主要应用场景是RTLS以及寻物和一些蓝牙Beacon的应用。AOD则主要用于室内定位系统。

寻向功能不止瞄准室内定位

现在我们在户外的定位,无论是GPS还是北斗以及其他一些方式,都已经非常成熟。而蓝牙技术推出这个寻向功能,则是希望在室内、封闭的场域、多层的结构,通过蓝牙技术能够达到一个更加精确的定位精度。任凯表示,蓝牙技术在室内定位方面,具备天时地利人和等多方面的显著优势。

首先,我们身边的设备无论是软硬件,绝大多数都支持蓝牙技术;其次,从成本考虑,蓝牙芯片和蓝牙方案的价格,要远远低于其他一些技术方案。“天时——智能手机的普及催生出了室内定位需求,因此蓝牙技术选择在这个时间点推出;地利:今后蓝牙Mesh和蓝牙寻向功能会相结合,酒店或者展馆的照明系统有望直接提供蓝牙室内定位和方向找寻功能;人和:如今几乎人人都是蓝牙技术的消费者,蓝牙的品牌知名度和技术成熟度都广受认可。”

实际上,蓝牙寻向功能不止是在室内定位方面可以进行应用,它在大型的城市综合体也可以应用。任凯举例说,汽车无钥匙进入也会是蓝牙寻向今后可能会应用到的一个重要领域。

蓝牙Mesh走过两年时间 智能家居市场接纳度如何?

一个革命性的里程碑

在蓝牙Mesh技术推出之前,两个蓝牙设备在完成配对后,若超出通信范围,便会断开连接。这样一个短板使得蓝牙技术在无线应用领域,比如智能照明、智能楼宇等这些应用中有一定的限制。为此,2015年,蓝牙技术联盟成立了蓝牙Mesh工作组。然后在2017年7月,蓝牙技术联盟发布了蓝牙Mesh技术的第一版。

当两个固定设备超出无线通信覆盖范围时,如果它们还需要进行数据通信,那蓝牙Mesh就提供这样一种能力——它可以在中间布设一些中继节点,这些中继节点使用蓝牙技术,通过蓝牙的链路把信息从两个本来在无线通信覆盖范围之外的节点信息,从一个节点中继到另外一个节点,也即通过多跳方式从一个蓝牙设备传到另外的蓝牙设备。

“这对于蓝牙的网络拓扑结构来说是一个革命性的里程碑。有了蓝牙Mesh以后,蓝牙技术不再是一个‘点对点’或者‘点对多点’的技术。对于任何一个大范围,无论是室内还是室外,我们都可以通过Mesh网状的这种多跳的方式实现信息的传输。”目前理论上蓝牙Mesh的最大网络容量可达到超过32000个节点。

任凯强调,外界对蓝牙技术往往存在一种误解,那就是蓝牙技术是一种短距离的无线通信技术。“实际上,这主要是受制于我们现在设备的电池功耗和内置天线设计。在使用了蓝牙5的Long Range这个功能后,一些公司的蓝牙方案可以实现超过1.5公里的覆盖范围。这是我们非常想传递给消费者的一个概念。”

从照明到多场景应用

他介绍到,蓝牙Mesh推出之后,第一个非常接地气的应用场景就是照明,“因为照明是刚需”。在蓝牙Mesh出来之前,其实低功耗蓝牙已经在照明行业被一些照明公司所采纳,当时主要还是通过连接的方式。所以等蓝牙Mesh出来后,这种照明的大规模统一操作得以实现。因为大家开灯或者关灯,开一半或者关一半,很少对一个单灯进行操作,这样的应用形态对于蓝牙Mesh这种网络泛洪机制非常有利。

同时,蓝牙Mesh已经切换到很多其他的领域,包括一些开关类的和传感器类的应用。

在传感器领域,例如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等都可以纳入到整个蓝牙Mesh网络中。“比如像这个会议室,如果照明系统是蓝牙Mesh的照明系统,那么这个照明系统自然就提供蓝牙Mesh的网络连接。如果窗帘是蓝牙Mesh控制的方式,在这里加装了光照传感器后,当光照传感器检测到太阳照射度超出了某一个极限时,它就可以发出信息,通过照明系统传感到窗帘的自动控制系统,之后窗帘便可以实现一个自动的闭合和打开。”

任凯向我们表示,可以将照明作为一个骨干网络,把越来越多的应用形态加入到这样一个骨干网络当中去。这些应用运行在同一个网络当中去,传感器系统的数据不仅可以反馈到照明系统,也可以反馈到空调系统,这些数据是可以共享的——当然,前提是,这些设备必须要用标准的蓝牙Mesh规格。

蓝牙Mesh强调Model标准化

在蓝牙Mesh环境下,我们可能会用到多个不同厂商的设备。那么,如何让这些不同公司的不同设备,在同一张Mesh网络中,能够“听懂彼此的话”并进行互操作呢?

其实,在蓝牙Mesh协议推出之时,蓝牙技术联盟就考虑到了这方面的问题,并推出了蓝牙Mesh的Model。“蓝牙Mesh的Model提供一套标准化的数据来定义一个结构,这样一个结构当中,包括有Model ID,有状态以及相关的一些操作。使用了蓝牙技术联盟所发布的标准蓝牙Model定义之后,就相当于这些设备之间都可以通过普通话去进行沟通——A公司的传感器信息就可以被B公司的照明产品所理解,并转而进行一个相关的操作,这就是Model的功能。”任凯说到。

目前,蓝牙技术联盟已经发布了蓝牙Mesh Model 1.0.1版本,这一个版本中包括了最基本的一些操作,比如开关和调级。

“我们希望将来通过蓝牙技术联盟和会员公司一起,把蓝牙Mesh的互联互通性变得更好,做到现在像蓝牙耳机Audio产品这种程度的互联互通性。当然,因为相对于Audio这个二十岁的大哥哥来说,蓝牙Mesh只是一个两岁的小宝宝,所以还需要很长的一段路要走,才能使我们的互联互通性能够做得更好。”

从智能家居专项组看中国企业发展

据介绍,截至2019年6月份,蓝牙技术联盟的会员企业数已超过35000家,其中大中华区有7100多家,大陆地区则达到4300家。

任凯表示,从蓝牙技术联盟的角度来看,国内智能家居市场处于一个非常蓬勃发展的状态。并且,中国企业对蓝牙Mesh的接受度相对较高。随着蓝牙Mesh网络在智能家居解决方案领域日益普及,今年年初,蓝牙技术联盟正式宣布成立全新智能家居专项组,阿里巴巴、小米等公司纷纷宣布加入其中。

“中国企业在智能家居这个行业非常活跃,所以智能家居专项组目前是蓝牙技术联盟中唯一一个以普通话作为沟通语言,以我们的北京时间作为开会时间的专项组。”

任凯坦言,在推广蓝牙Mesh技术的过程中,很大的一个挑战是市场的需求和Model定义的速度不匹配。“市场的需求非常强烈,品类非常多,各种行业都希望应用蓝牙Mesh,但我们Model的定义还没法赶上的市场的需求。所以我们希望今后能够加速蓝牙Mesh产品的Model定义,使将来的互联互通性能够更快地给消费者带来更好的体验。”他指出,这也正是蓝牙技术联盟今年正式成立智能家居专项组的原因所在。

最后,在问及未来智能家居市场的发展趋势时,任凯表示赞同“未来会呈现多种无线通信技术并存互补”这样的看法,并且认为“闻道有先后,术业有专攻”,不同的技术各有所长,用户可以根据不同的应用场景选择不同的无线通信协议。而蓝牙社区将继续倾力投入和持续努力,希望能够在目标市场发挥更大的作用。

给作者点赞
0 VS 0
写得不太好

版权说明:C114刊载的内容,凡注明来源为“C114通信网”或“C114原创”皆属C114版权所有,未经允许禁止转载、摘编,违者必究。对于经过授权可以转载我方内容的单位,也必须保持转载文章、图像、音视频的完整性,并完整标注作者信息和本站来源。编译类文章仅出于传递更多信息之目的,不代表证实其描述或赞同其观点;翻译质量问题请指正

热门文章
    最新视频
    为您推荐

      C114简介 | 联系我们 | 网站地图 | 手机版

      Copyright©1999-2020 c114 All Rights Reserved | 沪ICP备12002291号

      C114 通信网 版权所有 举报电话:021-54451141