Mit Bluetooth-Standortdiensten zu mehr Sicherheit und Effizienz

Bluetooth erhält hochgenaue Peilungsfunktion

| Autor / Redakteur: Martin Woolley / Andreas Donner

Die Bluetooth Special Interest Group (SIG) hat in den Bluetooth Standard Version 5.1 eine spezielle Ortungsfunktion integriert.
Die Bluetooth Special Interest Group (SIG) hat in den Bluetooth Standard Version 5.1 eine spezielle Ortungsfunktion integriert. (Bild: © Guillaume - stock.adobe.com)

Ohne Standortdienste geht heute kaum noch etwas – und je genauer diese funktionieren, desto besser und fokussierter lassen sich Dienste und Services zuschneiden. Bluetooth bietet mit Point-of-Interest-Näherungslösungen, Bluetooth-RTLS-Echtzeitortungssystemen und Bluetooth IPS Indoor-Lösungen bereits einige Standortdienste, die nun mit der neuen Peilungsfunktion signifikant verbessert werden.

Ob in Museen, Lagern oder auf Flughäfen: Bluetooth-basierte Standortdienste sorgen für zeitgemäße Interaktion, Kommunikation und Organisation. So können mit ihrer Hilfe Objekte geortet oder Informationen abgerufen werden. Ein Bedarf, der offensichtlich wächst: So gehen Analysten von ABI Research davon aus, dass 2023 mehr als 430 Millionen Bluetooth-Produkte in diesem Bereich jährlich abgesetzt werden. Eine Prognose, die vor allem vor dem Hintergrund weiterer technologischer Fortschritte wahrscheinlich ist. Die Bluetooth Special Interest Group (SIG) hat daher jüngst die aktuelle Bluetooth-Version 5 um eine Peilungsfunktion ergänzt, die die Leistung dieser Standortdienste substanziell erhöht.

Die Grundfunktionsweise

Bisher wurden alle gängigen Bluetooth-Standortdienste auf Basis des gleichen Grundkonzepts entwickelt: Sie bestimmen mittels Bluetooth Low Energy (BLE), ob sich zwei Bluetooth-Geräte in räumlicher Nähe zueinander befinden. Häufig kommen noch RSSI-Messungen (Received Signal Strength) hinzu, um den Abstand zwischen den beiden Geräten zu berechnen.

Bluetooth-Geräte können einander in der Umgebung finden und deren ungefähre Entfernung ermitteln. So werden verschiedene Bluetooth-basierte Standortdienste möglich. Sie lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Näherungslösungen und Positionierungssysteme.

Zur ersten Gruppe zählen Point-of-Interest-Informationslösungen (PoI). Sie verbessern beispielsweise das Besuchererlebnis in Museen oder Einzelhandelsgeschäften. Auch lassen sich mit ihnen kostengünstige Lösungen für die Gerätesuche entwickeln. Positionierungssysteme wiederum verwenden Bluetooth, um den Standort von Objekten zu bestimmen. Diese Systeme erfordern jedoch komplexere Infrastrukturen. Zum Einsatz kommen sie in Echtzeit-Ortungssystemen (RTLS) und Indoor-Positionierungssystemen (IPS).

Point-of-Interest-Näherungslösungen

Näherungslösungen bestimmen via Bluetooth die Positionen von zwei Geräten zueinander. Bluetooth-fähige Devices wie Smartphones prüfen, ob sich andere Geräte in Reichweite befinden und ermitteln deren ungefähre Entfernung. Point-of Interest-Informationen zählen zu den beliebtesten Anwendungen in diesem Segment. Dabei verbessern kleine, batteriebetriebene Bluetooth-Sender (Beacons) das Besuchererlebnis an unterschiedlichen Orten. In Museen liefern Beacons den Besuchern zusätzliche Informationen über die Exponate; Einzelhändler wiederum nutzen Bluetooth für personalisierte Werbeaktionen im Geschäft. Um Angebote oder zusätzliche Details abzurufen lädt der Nutzer in der Regel eine App auf sein Smartphone herunter. Sie ermöglicht dem Bluetooth-Empfänger im Smartphone, nahegelegene Beacons zu finden und lädt auf deren Basis entsprechende Informationen.

Lösungen zur Objektsuche werden seit einigen Jahren immer häufiger eingesetzt. Dabei handelt es sich um kleine Bluetooth-Geräte, oft als Tags für persönliche Gegenstände bezeichnet, die sich an Objekten wie Schlüsselbund oder Brieftasche anbringen lassen. Ergänzt werden sie durch eine App, mit deren Hilfe der Bluetooth-Empfänger im Smartphone die Tags findet und deren ungefähre Entfernung bestimmt. Ist am Morgen ein Schlüssel unauffindbar, dann weist das Smartphone den Weg zu ihm.

Echtzeit-Ortungssysteme für professionelle Einsatzzwecke

Etwas anders ist die Funktionsweise und das Einsatzszenario von Bluetooth-RTLS-Lösungen, die Objekte und Personen tracken können: Sie lokalisieren und verfolgen beispielsweise Paletten oder Gabelstapler, aber auch teures Equipment und Patienten in Krankenhäusern. Auf diese Weise erhöhen sie das Sicherheitsniveau im Lager, beziehungsweise verkürzen die Reaktionszeiten bei Notfällen.

Dazu werden zunächst an festen Standorten Bluetooth-Empfänger angebracht. Diese „Locators“ sind mit einem zentralen Server vernetzt. Objekte oder Personen, die das System nachverfolgen soll, werden mit verbrauchsarmen Bluetooth-Sendern (Tags) ausgestattet. Sie werden so programmiert, dass sie periodisch ein Signal senden, dessen Häufigkeit in Abhängigkeit davon festgelegt wird, wie mobil die verfolgten Objekte (oder Personen) voraussichtlich sein werden und wie oft Echtzeit-Standortschätzungen erfolgen müssen.

Jeder Locator meldet kontinuierlich alle Tags, die er empfangen kann, sowie die jeweils empfangene Signalstärke (RSSI) an den Server zurück. Dieser verwendet die Signalstärke sowie die bekannte Position der einzelnen Lokalisierer, um die Position der Tags per Trilateration https://de.wikipedia.org/wiki/Lateration zu bestimmen. Verschiedene Faktoren beeinflussen die Genauigkeit der Standortbestimmung, etwa der Grundriss des gewählten Bereichs und die Anzahl der eingesetzten Locators. Aktuelle Standard-Bluetooth-RTLS-Lösungen erreichen dabei eine Genauigkeit von einem bis zehn Metern.

Indoor-Positionierung als Navigationshelfer

Indoor-Positionierungssysteme (IPS) via Bluetooth sorgen dafür, dass sich Besucher von Einkaufszentren, Flughäfen oder großen Bürokomplexen besser zurechtfinden. Sie funktionieren genau umgekehrt wie RTLS-Lösungen. Anstelle von Bluetooth-Empfängern werden in einem definierten Gebiet Bluetooth-Sender (Beacons) an festen Standorten eingesetzt. Mit einer App ortet der Bluetooth-Empfänger des Smartphones die Beacons in seiner Umgebung. Auf Basis des Signals eines Beacons, seiner Signalstärke (RSSI) und seines Standorts berechnet die App dann die aktuelle Position. Wie bei RTLS-Lösungen beeinflussen auch hier mehrere Faktoren die Standortgenauigkeit von Bluetooth IPS-Lösungen, beispielsweise der Grundriss des gewählten Bereichs sowie die Anzahl der Beacons.

Richtung eines Bluetooth-Signals erfassen

Bei einigen RTLS-Anwendungen liegen die Anforderungen an die Standortgenauigkeit jedoch im Zentimeterbereich. Um solche leistungsfähigeren Lösungen umzusetzen, wurde kürzlich eine optionale Peilungsfunktion in die Version 5.1 der Bluetooth Core Spezifikation aufgenommen. Sie ist in der Lage, die Richtung zu bestimmen, aus der ein Signal gesendet wird. Mit dieser neuen Funktion lassen sich Bluetooth-basierte Standortdienste erheblich verbessern. Sie ermitteln wie bisher den Abstand zwischen zwei Geräten mittels RSSI. Bei RTLS- und IPS-Lösungen nutzen sie diese Entfernungen, um per Trilateration die Position eines Geräts zu bestimmen. Mit der Peilungsfunktion erfassen die gleichen Geräte auch die Richtung, in der sich ein anderes Gerät befindet und nutzen Triangulation, um die Positionsgenauigkeit zu verbessern.

Granulare Ortung mit der Peilungsfunktion

Die neue Peilungsfunktion verbessert die Standortdienste auf Bluetooth-Basis substanziell, indem sich nun auch direktionale Fähigkeiten in Bluetooth-Näherungslösungen integrieren lassen. Künftig liefern Museen ihren Besuchern nicht nur Angaben zu allen im Ausstellungsraum verteilten Exponaten. In Zukunft werden die Besucher aktiv spezifische Informationen über Objekte ihrer Wahl abrufen können, indem sie ihr Smartphone einfach darauf richten.

Eine wesentlich größere Bedeutung wird die Peilungsfunktion in Zukunft allerdings für produzierende Unternehmen spielen: Sie hat das Potenzial, Bluetooth-RTLS-Lösungen in der Industrie zu verbessern, indem sie Waren, Materialien und Personen mit einer erhöhten Standortgenauigkeit von weniger als einem Meter ortet. Damit könnte es in Zukunft möglich werden, den Materialeingang im Lager zu überwachen, den Ort von Kanban-Behältern auf dem Weg zur Maschine zu bestimmen oder die Warenentnahme aus dem Hochregallager präziser zu steuern.

Bislang waren hierzu kostspielige Lösungen im Einsatz. Eine Umsetzung über Bluetooth-Technologie hilft der Industrie hier, finanzielle Ressourcen zu sparen. In der Fertigung lässt sich die Peilungsfunktion gleichermaßen auch in den Dienst der Arbeitssicherung stellen: So sind Einsatzszenarien denkbar, in denen eine RTLS-Lösung die Position von Mitarbeitern bestimmt und diese warnt, wenn sie ungesicherte Arbeitsbereiche betreten.

Martin Woolley.
Martin Woolley. (Bild: Bluetooth SIG)

Fazit

Alle Konzepte intelligenter Städte, Gebäude oder Fabrikanlagen basieren auf der punktgenauen Lokalisierung von Personen, Fahrzeugen oder Waren. Die verbesserte Peilungsfunktion von Bluetooth ermöglicht Entwicklern, smarte Lösungen zu entwerfen, die Menschen informiert halten, Verkehrswege absichern und Produktionsprozesse optimieren.

Über den Autor

Martin Woolley ist Developer Relations Manager EMEA bei der Bluetooth Special Interest Group.

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