【室内定位技术】——蓝牙技术

May 24, 2022

概述

在过去的几十年里，定位技术发生了翻天覆地的变化，从2000年左右的第一代的GPS所占据主导地位，汽车导航系统逐渐进入人们视野，当时的导航精度大概在100米左右的范围；到了2010年左右，随着智能手机的快速扩张，蜂窝技术的不断提升，我们对定位和导航有了更高的需求，第二代基于位置服务的应用不断出现，打车或找酒店等应用深入到我们的日常生活中，现在我们已经离不开这个系统了，即使是很熟悉的道路我们也会打开导航来估算一下到达的时间，导航的精度可以达到10米，延迟在一秒以内。在过去的10年里面，室内定位开始进入到人们的视野，开始是企业级别的应用，例如资产定位、人员定位、安全防护以及工业场景的实时精确定位；之后是个人消费级别的应用，找东西以及个人物品的跟踪越来越普及。基于UWB,ZigBee,蓝牙，WIFI和5G技术；未来的室内定位将更加广泛和普及,实现室内和室外更准确，精确，可靠和无缝的定位.

蓝牙技术受益于其在智能手机等设备中几乎无处不在的集成，市场占有率逐年提升；根据2022年蓝牙市场更新报告，从2021年到2026年，支持蓝牙的设备年出货量将增长1.5倍，复合年增长率（CAGR）为9%；蓝牙年设备出货量首次有望在2026年超过70亿台。而蓝牙定位的应用由于低功耗蓝牙的推出，也成为蓝牙应用场景中增长最快的行业之一，根据分析师预测，在 2022 年至 2026 年的蓝牙定位服务设备中的复合年增长率（CAGR）为25%，到2026年蓝牙定位设备的出货将达到5.68亿台。

蓝牙规范

蓝牙规范是由蓝牙特别兴趣小组进行制定和更新；蓝牙特别兴趣小组 (Bluetooth SIG) 是一个标准组织，负责监督蓝牙标准的制定以及蓝牙技术和商标向制造商的许可，是一家非营利性非股份公司，成立于 1998 年 9 月，总部位于华盛顿州柯克兰，SIG蓝牙特别行动小组不制造、制造或销售支持蓝牙的产品。

蓝牙技术取得巨大成功的一个关键原因是它为开发人员提供了巨大的灵活性。蓝牙技术提供两种无线电选项，为开发人员提供了一套多功能的全堆栈、适合用途的解决方案，以满足不断增长的无线连接需求。

无论产品是在智能手机和扬声器之间流式传输高质量音频，在平板电脑和医疗设备之间传输数据，还是在楼宇自动化解决方案中的数千个节点之间发送消息，低功耗蓝牙（LE）和经典蓝牙无线电都旨在满足全球开发人员的独特需求。

蓝牙技术规范概览-Bluetooth-Technology-Overview.pdf

经典蓝牙

在2010年之前蓝牙技术基本上都是经典蓝牙，蓝牙1.0/2.0/2.1/3.0讲的都是经典蓝牙，里面没有任何关于低功耗蓝牙的描述；经典是一种低功耗无线电，可在 2.4GHz 未经许可的工业、科学和医疗（ISM）频段中通过 79 个通道传输数据。支持点对点设备通信，经典蓝牙包括BR，EDR和HS(AMP)三种模式；主要用于实现无线音频流，已成为无线扬声器，耳机和车载娱乐系统背后的标准无线电协议。蓝牙经典无线电还支持数据传输应用，包括移动打印

低功耗蓝牙

2010年，SIG联盟兼并了Wibree联盟（注：Wibree联盟由Nokia和Nordic等创立，旨在为手机周边设备寻找一种更低功耗的无线通信技术），并把Wibree联盟提出的低功耗无线技术重新命名为低功耗蓝牙技术（BLE），从此BLE也成了一种蓝牙技术。相应地，2010年发布的蓝牙4.0规格就同时包含经典蓝牙和低功耗蓝牙，也就是说，从蓝牙4.0之后，蓝牙才分经典蓝牙和低功耗蓝牙。至此蓝牙技术本身包含四种类型：BR（Basic Rate），EDR（Enhanced Data Rate），AMP（Alternate Media Access Control and Physical ）和LE（Low Energy）。

BLE低功耗蓝牙（LE）无线电专为极低功耗运行而设计。蓝牙 LE 无线电可在 2.4GHz 免许可 ISM 频段的 40 个通道上传输数据，为开发人员提供了极大的灵活性，以构建满足其市场独特连接要求的产品。低功耗蓝牙 LE 支持多种通信拓扑，从点对点扩展到广播，最近还支持网状网络，使蓝牙技术支持创建可靠的大型设备网络。虽然蓝牙LE最初以其设备通信功能而闻名，但现在也被广泛用作设备定位技术，以满足对高精度室内定位服务日益增长的需求。蓝牙 LE 现在包括使一个设备能够确定另一个设备的存在、距离和方向的功能.

蓝牙室内定位

通过RTLS对资产和人员进行精确跟踪，企业可以通过提高运营效率，提高工人安全性和预防损失等有价值的用例，在全球范围内节省数百至数千亿美元。例如，在医疗保健环境中，如果使用RTLS来强制实施卫生合规性，以帮助对抗医疗保健相关感染（HAI），则可以挽救数千人的生命。仅在美国，每年就有超过80，000例与HAI相关的死亡事件。同时，还可以与提高医疗护理人员的生产力和从潜在设备损失中节省的数百亿美元相关。

在制造设施中，由于无法找到资产、工具和设备，计划外停机损失了数十亿美元。在仓库中，RTLS可以帮助自动跟踪资产，例如托盘，随着存储资产的规模，复杂性和数量的不断增加，这变得越来越重要。RTLS实现的工人安全应用是另一个不断增长的机会。美国每年发生约35，000起叉车事故，导致数十亿美元的赔偿，设备损坏和停机损失。了解工人和车辆的精确位置有助于防止代价高昂的事故。

从本质上讲，RTLS在企业中的机会几乎是无限的，蓝牙技术已经解决了当今许多这些用例。通过蓝牙测向等技术进一步提高其精度，该技术已经上市并上市，将使其能够针对一些需要仪表或亚米级精度的更严格的用例

库存和物流挑战推动了对高效运输和仓储解决方案的需求。越来越多的商业和工业设施正在转向蓝牙资产管理解决方案，以优化资源和库存控制

Quuppa蓝牙高精度定位

Quuppa智能定位系统™为基于位置的服务和应用提供强大的引擎工具。低功耗蓝牙®技术，独特的到达角信号处理方法，先进的专有算法，三者合一，提供实时精准的位置数据

Quuppa介绍

Quuppa成立于2012年9月，由原诺基亚研发中心负责研发高精度室内定位技术的团队创建。Quuppa专注于研究Angle-of-Arrival算法（通过信号到达的角度，计算被定位物体方位的一种测量手段）。当定位标签（Tag）的物体或人所在的环境有只有一个蓝牙定位器时，系统能够对该对象的二维空间位置进行定位；如果定位器在两个以上，则可以对测量对象的三维空间位置进行感知，并能提高定位的精度

Quuppa系统的主要特点

Quuppa系统提供的定位精准度通常达到0.5米，即一米以下；Quuppa系统使用私有频段，标准Quuppa标签发送频率可达50赫兹。在冰球运动中，即使这样的更新率仍显不足。然而Quuppa系统本身没有限制，可以将标签配置为200赫兹甚至更高，延迟降低到20毫秒甚至更低。
Quuppa系统基于蓝牙®无线技术，可以追踪任何一款发送Quuppa特定数据包的低功耗蓝牙®设备。只需在应用程序中添加几行代码，安卓和苹果设备就可被Quuppa系统追踪。
无需定位器，蓝牙设备亦可读取Quuppa标签的ID号。例如，医生可使用手机读取病人佩戴的标签号码，向云服务发送有关病人重要信息的请求。
标签选择范围广，有Quuppa和合作伙伴的标签，也有直接使用Quuppa的QT1模块，或者使用我们开发的固件库和电路图设计自己的标签。基本上对软件做部分修改，蓝牙®设备都可以被Quuppa系统追踪。
Quuppa标准标签几乎适用于各种用途。轻便，防震，防水，可通过挂绳佩戴，也可附着在固定装置上。但对于所有场景，其设计或功能并不一定是最佳选择。如果你有兴趣开发定制标签，我们将提供参考电路图，设计图以及材料清单等设计资料。
除了定位，Quuppa系统还可以用作物联网网关，接收蓝牙®传感器数据并将这些数据导出。随着越来越多蓝牙®设备接入物联网中，设备自身连同周围的信息都可通过Quuppa系统显示。物联网中的传感器的数据也可一并被Quuppa系统接收，通过开放的可配置的API平台导出。
Quuppa系统可通过pull或push方式接入原有系统，以标准JSON/REST或CSV形式。API开放且完全可配置，并配有编辑器，可以编写自己的API。Quuppa API可导出各种传感器数据，包括心率，陀螺仪，指南针，磁力仪，气压表，温度，湿度等等。
归功于低功耗蓝牙®技术，Quuppa标签消耗很少的电量。标准QT1-1型号标签每秒发送1个数据包可使用3年，约合9千460万次。使用搭载传感器和地理围栏，仅在需要的时候激活标签，可将电池寿命延长好几年。通常情况下，电池生产商会限制电池的最大寿命
安装后，Quuppa系统很少需要维护。系统自带监控功能，会在异常的时候发送警告信息。
定位器装有内置加速度传感器，一经触碰，系统会立刻感知，包括在离线状态下。电源被切断时，系统也会自动修复
Quuppa系统基于蓝牙®无线技术，与标准移动设备兼容。然而，2. 4 GHz频段特别拥挤，因此运行在这些频段上不是一件简单的事情。Quuppa智能定位系统™使用先进的私有算法，即使是最严峻的环境，也能提供强大可靠的解决方案。例如在特别拥挤的展会，大型体育场内，Quuppa系统可免受来自其他系统的电磁波干扰。当追踪高速移动的物体时，比如冰球运动员以及冰球，Quuppa系统可配置到私有频段模式，调高位置刷新率，并免受其他蓝牙®，WiFi或无线耳机等无线设备的干扰。

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蓝牙定位应用领域

工业4.0：碰撞避免，资产追踪，存库管理，质量控制
安防：员工 & 安全管理，访问控制，人员追踪，监狱
智能建筑：位置服务，访问控制，员工安全，工作效率，空间优化
体育：统计数据，数据分析，粉丝互动，培训，运动员表现，战略部署，博彩，电视广播
医疗：员工安全，资产追踪，库存管理，患者安全，手部卫生合规性
接待服务：访客行为分析，私人VIP服务，位置感知服务，导航服务
零售：消费者行为分析，店内导航，防盗警报，客服监控

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