Специальная группа Bluetooth (Bluetooth SIG) продолжает расширять области применения беспроводной технологии, изначально предназначенной для потребительского рынка и работы на коротких дистанциях. Bluetooth® был создан для беспроводного подключения периферийных устройств к компьютерам, но с тех пор стал практически повсеместным решением для энергоэффективной и надежной связи, чему способствовала и почти универсальная поддержка технологии в смартфонах.
Сегодня Bluetooth используется в здравоохранении, аудиотехнике, промышленности и других сферах. Несмотря на впечатляющие масштабы распространения — Bluetooth SIG прогнозирует около 5,9 миллиарда устройств ежегодно к 2025 году — в некоторых областях успех был ограниченным. Одной из таких областей являются технологии позиционирования устройств и сервисы определения местоположения.
Новые возможности Bluetooth 6.0 должны стимулировать разработчиков создавать усовершенствованные продукты в этой сфере. Bluetooth SIG прогнозирует рост поставок устройств для сервисов позиционирования на 22% в год, до 563 миллионов к 2028 году.
Начальная поддержка измерения расстояния по Bluetooth
В теории беспроводная связь может использоваться для поиска утерянных предметов — например, ключей, спрятанных в диване. Если к ним прикреплен Bluetooth-трекер, смартфон подскажет, где искать. В промышленности беспроводные mesh-сети помогают быстро находить товары на полках. Но на практике такие решения сложно реализовать. Факторы, такие как многолучевое затухание сигнала и помехи от других устройств на частоте 2,4 ГГц, мешают точному определению положения.
Bluetooth SIG уже предпринимала попытки добавить в протокол поддержку измерения расстояния и позиционирования. Изначально использовался параметр TX — мощность сигнала на расстоянии одного метра от передатчика — для оценки полученного сигнала (RSSI). Поскольку мощность сигнала убывает обратно пропорционально расстоянию, это позволяло примерно оценивать расстояние. Однако для определения направления этого было недостаточно.
В 2019 году в версии Bluetooth 5.1 появилась функция Bluetooth Direction Finding — определение направления. Она использует измерения фазы сигнала для вычисления направления на передатчик. Были реализованы два метода: угол прибытия (AoA) и угол отправки (AoD).
Хотя технология Direction Finding эффективна, она требует опыта и сложного оборудования, поэтому применяется в основном в дорогостоящих системах отслеживания активов.
Что нового в Bluetooth 6.0
Bluetooth 6.0 принес несколько ключевых улучшений протокола, включая:
-
Фильтрация рекламных пакетов на основе решений — сканирующее устройство может использовать информацию с основного канала для решения, стоит ли искать дополнительные пакеты;
-
Мониторинг рекламодателей — контроллер BLE может фильтровать повторяющиеся пакеты по указанию хоста;
-
Улучшения в Isochronous Adaptation Layer (ISOAL) — передача более крупных данных с использованием более компактных пакетов;
-
Расширение функций канального уровня (link layer) — больше возможностей для обмена информацией между устройствами;
-
Настраиваемое расстояние между кадрами — гибкость в организации пакетов подключения и потоков ISO.
Главное нововведение Bluetooth 6.0 — технология Channel Sounding, которая значительно повышает точность измерения расстояния по сравнению с предыдущими методами. Новая спецификация описывает функции радиоуровня (PHY), контроллера, меры безопасности и процедуры для сбора «сырых» данных измерений.
Простые и точные методы позиционирования
Channel Sounding предлагает два стандартизированных и совместимых метода:
-
Phase-Based Ranging (PBR) — основан на фазовом сдвиге сигнала, прошедшего туда и обратно между инициатором и рефлектором на разных частотах. Преобразование фазы в расстояние происходит на уровне приложения.
-
Round-Trip Timing (RTT) — основан на измерении времени, за которое радиосигнал проходит туда и обратно. RTT служит безопасным способом контроля и проверки PBR, а алгоритмы проще в реализации.
Оба метода не требуют дополнительного оборудования, имеют низкое энергопотребление, сравнимое с обычной передачей данных по BLE, и допускают настройку по точности, задержке, безопасности и энергоэффективности.
Открытие новых возможностей
Channel Sounding облегчит разработку приложений для определения местоположения и измерения расстояний, включая:
-
Отслеживание активов — высокая точность и надежность без усложнения конструкции;
-
Умные замки — определение положения пользователя повысит безопасность и защиту от атак посредника и ретрансляции;
-
Метки отслеживания — в отличие от вибрации или звука, Channel Sounding позволяет точно определять расстояние даже через препятствия;
-
Бытовая техника — возможность учитывать физическое расположение пользователя для безопасности и взаимодействия с устройствами.
Итоги
Bluetooth Low Energy продолжает проникать в потребительский сектор, здравоохранение, промышленную автоматизацию, умный дом и другие области. После медленного старта рынок позиционирования обещает большие перспективы. Технология Channel Sounding в Bluetooth 6.0 открывает путь к новым решениям — от меток и замков до сложных систем отслеживания и управления.