Erfahren Sie mehr über Bluetooth Low Energy (BLE) und wie diese flexible, effiziente und allgegenwärtige Radiofrequenztechnologie zur Standortbestimmung und zur Bereitstellung verschiedenster ortungs- und standortbasierter IoT-Anwendungen in Innenräumen eingesetzt werden kann.
Bluetooth Low Energy, oder BLE, ist eine Radiofrequenztechnologie (RF) für die drahtlose Kommunikation, die zur Erkennung und Verfolgung des Standorts von Personen, Geräten und Objekten in verschiedenen Anwendungen für Innenräume eingesetzt werden kann, z. B. zur Objektverfolgung, Navigation in Innenräumen, für Näherungsdienste und vieles mehr. Bluetooth ist eine unglaublich weit verbreitete und leicht zugängliche Technologie, die in Innenräumen weit verbreitet ist und von vielen modernen Geräten unterstützt wird. Genau wie andere Kommunikationsprotokolle, einschließlich Wi-Fi und UWB, kann BLE zur Übertragung von Daten zwischen Geräten über Radiowellen verwendet werden.
BLE 4.0 wurde 2010 als Nachfolger der Versionen der vorangehenden Bluetooth Classic Generation eingeführt und wurde für einen sehr geringen Stromverbrauch konzipiert, deutlich weniger als die Bluetooth Classic-Versionen und andere RF-Standards. Dieses energieeffiziente Design bildete die Grundlage für das Aufkommen neuer Bluetooth-Technologien, wie z. B. der verstärkten Integration in Smartphones und andere drahtlose Geräte, der Entwicklung von Wearables und verschiedenen IoT-Geräten sowie der Einführung von batteriebetriebenen BLE-Beacons.
Das Wachstum der BLE-Technologie hat das globale Bluetooth-Ökosystem grundlegend verändert. Eine ganze Reihe von Bluetooth-fähigen Geräten hielt Einzug in Innenräume, von denen heute einige die über 8 Milliarden Bluetooth-Geräte weltweit repräsentieren. Die neuen mit Bluetooth kompatiblen Infrastrukturen und Geräte haben innovative standortbezoge Funktionen ermöglicht.
Nach der Einführung des weltweit ersten Beacon-Kommunikationsprotokolls, Apples iBeacon, im Jahr 2013 entstanden viele neue BLE-Technologien. iBeacon ermöglichte es physischen Beacons, mit drahtlosen Geräten in unmittelbarer Nähe zu kommunizieren und funktionierte sowohl mit iOS- als auch Android-Anwendungen. Im Jahr 2015 brachte Google sein Beacon-Protokoll Eddystone auf den Markt, das mit Blick auf Offenheit und Interoperabilität entwickelt wurde. Diese beiden führenden Beacon-Protokolle und die vielen Angebote an physischen Beacons, mit denen sie verwendet werden, haben zusammen mit der Nutzung anderer BLE-Technologien, wie z. B. Ortungssensoren und-tags eine breite Palette an Anwendungen zur Ortung und für standortbezogene Dienste in Innenräumen ermöglicht und so die Art und Weise, in der Menschen und Geräte mit Innenräumen interagieren können, transformiert.
Diese Technologien und das Bluetooth-Kommunikationsprotokoll im Allgemeinen werden kontinuierlich weiterentwickelt. Im Jahr 2016 wurde eine neue Version von Bluetooth eingeführt, Bluetooth 5.0. Auf BLE 4.0 aufbauend, ermöglicht diese neue Version die Kommunikation über höhere Datenraten und größere Reichweiten. Die Einführung der Version Bluetooth 5.1 wurde im Jahr 2019 angekündigt und wird verbesserte Funktionen mit sich bringen, die mittels Funkpeilung (DF) eine präzisere Ortung ermöglichen werden, wodurch eine Genauigkeit im Zentimeterbereich erreicht werden kann.
BLE hat einzigartige Eigenschaften, die es zu einer der beliebtesten RF-Technologien für die Ortung in Innenräumen gemacht haben. BLE ist in drahtlosen Geräten weit verbreitet und verfügt über ein umfangreiches Angebot an stromsparenden, kostengünstigen und einfach zu implementierenden Hardware-Optionen sowie genügend Flexibilität um in vielen standortbezogenen Anwendungen eingesetzt zu werden.
BLE-Beacons sind kleine, vielseitige und stromsparende Bluetooth-Sender, die von drahtlosen Geräten wie z. B. BLE-fähigen Smartphones erkannt werden können. Beacons können an festen Positionen eingesetzt werden, z. B. durch das Montieren an Wänden oder Gebäuden oder sie können an mobilen Objekten angebracht werden, um Standortreferenzen für Ortungsanwendungen in Innenräumen zu liefern. Dies unterstützt Konzepte zur Nutzung von eigenen Geräten (BYOD), so dass jeder sein eigenes Smartphone oder andere eingebettete Geräte nutzen kann, um mit einer BLE-fähigen Anwendung zu interagieren. BLE-Beacons können verwendet werden, um den Standort eines Geräts zu ermitteln und relevante Inhalte wie Dokumente, Videos, Apps und mehr bereitzustellen oder um Hinweise zum Zeitpunkt oder zum Standort des Nutzers zu geben, damit dieser informiert und involviert bleibt.
Beacons senden in regelmäßigen Abständen Signale aus, die von anderen BLE-fähigen Geräten erkannt werden können. Die Standortdaten der Beacons werden von einem BLE-Gerät gesammelt und an das IPS weitergeleitet, um den Standort des Geräts zu bestimmen. Dies kann verschiedene standortbezogene Anwendungen unterstützen und sogar konkrete Aktionen auslösen.
Beacons gibt es in allen Formen und Größen. Viele Beacons verfügen über langlebige interne Batterien, die über mehrere Jahre hinweg funktionieren, oder können über eine Verbindung wie USB mit Strom versorgt werden. Die BLE-Technologie ist in der Regel kostengünstiger in der Herstellung als andere RF-Technologien, woraus kleine, preiswerte und wartungsarme Hardware-Optionen resultieren, die speziell für Anwendungen konzipiert sind, die Ihre individuellen Bedürfnisse erfüllen können. Einige Beacons gehen über BLE hinaus und enthalten zusätzliche Technologien wie Beschleunigungs- oder Temperatursensoren, um noch bessere Ergebnisse zu erzielen.
Virtuelle Beacons ermöglichen Unternehmen das Hinzufügen der BLE-Beacon-Technologie ohne die Notwendigkeit umfangreicher zusätzlicher Hardware. Mit virtuellen Bluetooth Beacons können Antennen zu kompatiblen Wi-Fi-Zugangspunkten hinzugefügt und mit zusätzlichen Software-Tools für verschiedene Ortungsanwendungen im Innenbereich genutzt werden.
Viele gängige Wi-Fi-Zugangspunkte auf Unternehmensniveau sind inzwischen mit integrierter BLE-Technologie ausgestattet. Dadurch ist es Unternehmen möglich, Zugangspunkte sowohl als Beacons als auch als Sensoren zur Erkennung und Ortung sendender BLE-Geräte zu verwenden, ohne eine sekundäre Infrastruktur aufbauen zu müssen.
BLE-Ortungslösungen für den Innenbereich verwenden entweder BLE-fähige Sensoren oder Beacons, um sendende Bluetoothgeräte wie Smartphones oder Tracking-Tags in Innenräumen zu erkennen und zu lokalisieren. Die von den Sensoren gesammelten oder von den Beacons an mobile Geräte gesendeten Standortdaten, werden dann von verschiedenen Ortungsanwendungen aufgenommen und in Informationen umgewandelt, die verschiedenste standortbezogene Anwendungsfälle unterstützen.
Bei der BLE-Ortung mit Sensoren werden BLE-fähige Sensoren verwendet, die an festen Positionen in einem Innenraum platziert werden. Diese Sensoren erkennen und orten passiv Transmissionen von BLE-Smartphones, Objektvefolgungs-Tags, Beacons, Personalausweisen, Wearables und anderen Bluetooth-Geräten anhand der empfangenen Signalstärke des sendenden Geräts. Diese Standortdaten werden dann an das zentrale Innenraumpositionierungs-System (IPS) oder das Echtzeit-Ortungssystem (RTLS) gesendet. Der Lokalisierungsserver analysiert die Daten und verwendet Multilaterationsalgorithmen, um den Standort des sendenden Geräts zu bestimmen. Diese Koordinaten können verwendet werden, um den Standort eines Geräts oder eines Objekts auf einer Innenraumkarte Ihrer Räumlichkeiten sichtbar zu machen oder sie können für andere Zwecke genutzt werden, je nach spezifischer standortbezogener Anwendung.
BLE-Beacons senden wiederholt BLE-Signale aus. Diese Signale können von Geräten in der Umgebung, wie z. B. von Smartphones und BLE-fähigen Sensoren, erkannt werden. Das kontinuierlich ausgesendete Signal der Beacons, die an festen Positionen in einem Innenraum verteilt sind, enthält eine eindeutige Kennung. Dieser Identifizierungscode wird in regelmäßigen Abständen zusammen mit anderen Daten ausgesendet, je nach dem verwendeten Beacon-Kommunikationsprotokoll.
Ein Smartphone oder ein anderes drahtloses Gerät, das mit einer entsprechenden App oder einem vorkonfigurierten Dienst ausgestattet ist, empfängt und analysiert bei einem nutzerzentrierten Ansatz das Signal des Beacons, wenn es sich in Reichweite des Beacons befindet, oder sendet diese Informationen an einen Server, wenn es sich um einen serverzentrierten Ansatz handelt. Die gegenseitige Erkennung zwischen einem Beacon und einem Gerät kann auf Annäherung basierende Standortdienste ermöglichen, die feststellen, ob sich ein Beacon und ein Gerät in Reichweite zueinander befinden. Wenn zahlreiche Beacons strategisch in einem Innenraum platziert sind, kann die Kommunikation zwischen drei oder mehr Beacons und einem drahtlosen Gerät genutzt werden, um das Gerät via RSSI-Multilateration zu orten. Je nach Anwendung kann der ermittelte Standort des Geräts eine bestimmte Aktion auslösen oder für eine Vielzahl von Anwendungen oder Diensten genutzt werden.
BLE-Beacons können auch an mobilen Objekten angebracht und von fest installierten BLE-fähigen Sensoren erkannt und geortet werden, was bei der Ortung von Objekten nützlich sein kann.
Die Ortung im Innenbereich mit BLE und Echtzeit-Ortungssystemen können je nach Systemarchitektur, ausgewählter Hardware und Dichte der eingesetzten Sensoren oder Beacons unterschiedliche Genauigkeitsgrade liefern. Sowohl die Ortung in Innenräumen mit BLE-Sensoren als auch mit Beacons kann üblicherweise eine Standortgenauigkeit von unter 5 Metern liefern (Unter optimalen Bedingungen, bei optimaler Verteilung).
Ähnlich wie Wi-Fi-Technologien stützt sich Bluetooth in der Regel auf die Signalstärke (RSSI), um den Standort von Geräten zu bestimmen. Diese Methode der Standortbestimmung liefert in der Regel eine Positionsgenauigkeit im Meterbereich und ist deutlich weniger präzise als eine Technologie wie UWB, die die entfernungsbasierte Messung über das Laufzeitverfahren (Time-of-Flight, ToF) für eine sehr präzise Genauigkeit im Zentimeterbereich verwendet. Obwohl BLE derzeit nicht die genaueste RF-Technologie für die Ortung in Innenräumen ist, ist sie dennoch hocheffektiv und eine der am häufigsten verwendeten. Viele Anwendungsfälle für die Ortung in Innenräumen erfordern kein hohes Maß an Präzision, was BLE zu einer geeigneten Option macht, die viele einzigartige Vorteile bietet, beispielsweise Flexibilität, geringer Stromverbrauch und niedrige Kosten sowie eine einfache Implementierung.
Mit der Einführung von Bluetooth 5.1 und seinen neuen Peilfunktionen wird es möglich sein mit BLE den Standort mit einer Genauigkeit im Submeterbereich zu bestimmen. Ermöglicht wird dies durch die neue Fähigkeit, die Richtung eines Bluetooth-Signals über den Einfallswinkel (Angle of Arrival, AoA) zu berechnen, der dann zusammen mit der erkannten Empfangssignalstärke (RSSI) verwendet wird, um den Standort von Geräten und Objekten zu bestimmen und zu orten und so eine höhere Präzision zu ermöglichen. Um die Richtung zu bestimmen, sendet ein mobiles Gerät, wie z. B. ein Tag oder eine Beacon mit einer einzelnen Antenne Signale an einen fest installierten BLE-Sensor mit einer Mehrfachantennengruppe. Die Phasenverschiebung der Mehrfachantennen, die durch den Empfang des Signals entsteht, wird gemessen, um den Ankunftswinkel des sendenden mobilen Geräts zu bestimmen. In Kombination mit RSSI wird die AoA verwendet, um Gerätekoordinaten mit einer Genauigkeit im Zentimeterbereich zu ermitteln.
Die Reichweite der BLE-Positionierung kann variieren und ist abhängig von verschiedenen Faktoren, wie z. B. ob BLE-Beacons oder BLE-fähige Sensoren verwendet werden oder von der Beschaffenheit des Innenraums. BLE hat in der Regel eine geringere Reichweite als andere RF-Technologien wie UWB oder Wi-Fi und funktioniert am besten innerhalb von 0-25 Metern und bis zu 100 Metern (unter optimalen Bedingungen, bei optimaler Verteilung).
Bluetooth bietet genau wie andere RF-Standards einzigartige Eigenschaften und Vorteile, die es je nach den individuellen Bedürfnissen, dem Budget, der Einrichtung und dem spezifischen Standortbezogenen Anwendungsfall zu einer geeigneten Option machen können. Die wichtigsten Unterschiede zwischen BLE und anderen Technologien sind der geringere Stromverbrauch und die Flexibilität bei vielen standortbezogenen Anwendungen. BLE ist überall in Geräten in Innenräumen zu finden, wird von vielen Ortungssystemen genutzt und kann für die Ortung in Innenräumen für eine ganze Reihe von Branchen und Anwendungsfälle erweitert werden.
