BLEとは何ですか？

Bluetooth Low Energy（以下BLE）は無線通信のための無線周波数（RF）技術で、さまざまな屋内位置追跡用途に活用できます。BLE技術を利用すると、人、機器、資産などの位置を検知・追跡し、資産追跡、屋内ナビゲーション、近接サービスなど多様な用途に活用できます。Wi-FiやUWBなどの他の通信プロトコルと同様に、BLEもワイヤレスでデータを送受信するために使用されます。 BLE 4.0は2010年にリリースされ、以前のバージョンであるBluetooth Classicよりもはるかに少ない電力で動作するように設計されました。このようなエネルギー効率の高い設計により、スマートフォンやさまざまな無線機器との統合、ウェアラブル機器やIoT機器の開発、バッテリー駆動型BLEビーコンなど、多くの新しいBluetooth技術が登場することとなりました。

BLE技術の進化

BLE技術の成長は、グローバルなBluetoothエコシステムに根本的な変化をもたらしました。多くのBluetooth機器が屋内空間に進出し、現在では全世界で80億個以上のBluetooth機器が存在します。新しいBluetooth互換インフラおよびツールは、革新的な位置認識機能を提供します。 2013年にAppleのiBeaconが初めてリリースされて以来、多くのBLE技術が登場しました。iBeaconは、物理的なビーコンが近接する無線機器と通信できるようにし、iOSおよびAndroidアプリケーションと連携するように作られました。2015年、Googleは開放性と相互運用性を考慮したビーコンプロトコルであるEddystoneをリリースしました。これら2つの主要なビーコンプロトコルとともに使用される多くの物理的ビーコン製品や、位置追跡センサー、タグなどの他のBLE技術は、多様な屋内位置追跡および位置サービスアプリケーションを可能にし、人々と機器が屋内空間と相互作用する方法を変化させました。 これらの技術と全般的なBluetooth通信プロトコルは進化を続けています。2016年には新しいBluetoothバージョンであるBluetooth 5.0が紹介されました。BLE 4.0をベースにしたこの新しいバージョンは、より高いデータ転送速度とより長い距離での通信が可能です。2019年に公開されたBluetooth 5.1は、方向探知（direction finding, DF）を通じてより正確な位置検知を可能にし、センチメートルレベルの精度を提供することが期待されています。 BLEは屋内位置追跡のための最も人気のあるRF技術の一つであり、無線機器で広く使用されており、低消費電力、低コスト、実装が容易なハードウェアオプションが多く、多様な位置ベースのアプリケーションで柔軟に使用できるという特徴を持っています。

BLEビーコンとは？

BLEビーコンは小型で多用途な低電力Bluetooth送信機で、BLE対応のスマートフォンなどの無線機器で検知できます。ビーコンは壁や構造物に取り付けられたり、移動可能な資産に置かれたりして、屋内位置測位アプリケーションに位置リファレンスを提供します。これはBYOD（Bring Your Own Device）の概念をサポートし、誰でもスマートフォンや他の内蔵デバイスを使用してBLE対応アプリケーションと対話できるようにします。BLEビーコンはデバイスの位置を特定し、ドキュメント、ビデオ、アプリなどの関連コンテンツを提供したり、ユーザーの時間や位置に関する案内を提供してユーザーを誘導し、エンゲージメントを高めます。 ビーコンは定期的な間隔で信号を送信し、他のBLE対応機器で検知できるようにします。ビーコンから収集した位置データはBLE機器で収集され、IPS（Internet Positioning System）に送信されて機器の位置を決定します。これは多様な位置認識アプリケーションをサポートし、特定の動作をトリガーすることもできます。 ビーコンは形状やサイズが多様です。多くのビーコンは内蔵バッテリーを使用して数年間動作するか、USBなどの接続で電源を供給できます。BLE技術は一般に他のRF技術よりも生産コストが低いため、固有の要件に合わせた配置のためにカスタマイズの可能性がある、小型で安価、メンテナンスが少なくて済むハードウェアオプションを提供します。一部のビーコンはBLEを超えて、加速度計や温度センサーなどの追加技術を統合し、より高度な結果を得ることができます。 仮想ビーコンは、多くの追加ハードウェアなしでBLEビーコン技術を追加できるようにします。仮想Bluetoothビーコンを使用すると、互換性のあるWi-Fiアクセスポイントにアンテナを追加し、多様な屋内位置測位アプリケーション用の追加ソフトウェアツールとともに使用できます。 多くの一般的な企業用Wi-Fiアクセスポイントには、現在BLE技術が内蔵されています。これにより、組織はアクセスポイントをビーコンおよびセンサーとして使用し、補助的なインフラを構築することなく、通信中のBLE機器を検知し位置を把握することができます。

BLEポジショニングはどのように動作しますか？

BLE屋内位置測位ソリューションは、BLE対応センサーまたはビーコンを使用して、屋内空間でスマートフォンや追跡タグなどのBluetooth機器を検知し位置を把握します。センサーで収集した位置データ、またはビーコンがモバイル機器に送信したデータは、多様な位置測位アプリケーションによって収集・分析され、これに基づいて多様な位置認識のユースケースが実現されます。

ビーコンを使用したBLEポジショニング

BLEビーコンは継続的にBLE信号を発信します。これらの信号は、スマートフォンやBLE対応センサーを含む周辺機器によって検知されます。ビーコンが屋内空間全体の固定された位置に配置されると、継続的に発信される信号にはそのビーコン固有の識別子が含まれます。この識別コードは、周期的に他のデータとともにビーコン通信プロトコルに従って送信されます。 専用アプリや事前設定されたサービスをサポートするスマートフォンまたは他の無線機器は、ビーコンの範囲内にあるとき、ユーザー中心の方式でビーコンからの信号を受信・分析するか、サーバー中心の方式でこの情報をサーバーに送信できます。一つのビーコンと機器間の検知は近接ベースの位置サービスを活性化し、ビーコンと機器が互いに範囲内にあるかどうかを決定できます。屋内空間全体に戦略的に配置された複数のビーコン間の通信を通じて、ビーコンと無線機器間の関係を利用したベクトルマップを抽出し、機器の位置を決定できます。アプリケーションに応じて、機器の決定された位置は特定のタスクをトリガーしたり、多様な応用プログラムやサービスに活用されたりします。 BLEビーコンはモバイル機器にも配置でき、これは資産追跡シナリオで有用です。これらのモバイル機器の上に設置されたBLEビーコンは、固定されたBLE対応センサーで検知および位置を把握できます。

センサーを使用したBLEポジショニング

BLEセンサーを使用した位置測位は、屋内空間の固定位置に配置されたBLE対応センサーを活用します。これらのセンサーは、BLEスマートフォン、資産追跡タグ、ビーコン、従業員バッジ、ウェアラブル機器などのBluetooth機器から発信される信号強度に基づいて受動的に検知し位置を把握します。この位置データは中央の屋内位置測位システム（IPS）またはリアルタイム位置追跡システム（RTLS）に送信されます。位置エンジンはこのデータを分析してベクトルマップを抽出し、これを利用して発信デバイスの位置を決定します。この座標は、空間の屋内地図上のデバイスまたは資産の位置を可視化したり、特定の位置認識応用プログラムに応じて他の用途に活用されたりします。

Bluetoothポジショニングはどのくらい正確ですか？

BLE屋内位置追跡およびリアルタイム位置システムは、システムアーキテクチャ、ハードウェアの選択、配置されたセンサーまたはビーコンの密度に応じて、さまざまなレベルの精度を提供できます。BLEセンサーまたはビーコンを使用した屋内位置追跡は、いずれも最適条件と配置を考慮すれば、一般的に5m以下の位置精度を提供できます。

BLEは他のRF技術とどのように異なりますか？

UWBはデバイスの位置を200メートル以下の範囲で検知できます。しかし、通常は1〜50メートルの短い距離で最も効果的に動作し、デバイスやアンカー間で視界が確保されている場合に最良の結果が得られます。短距離においてUWBは非常に正確で高速、かつ安全な通信を提供し、干渉を最小限に抑えることができます。

Wi-Fi技術と同様に、Bluetoothも一般的にデバイスの信号強度（RSSI）を利用して位置を推定します。この位置決定方法は一般にメートルレベルの位置精度を提供し、UWBのような技術に比べると適合性が低いです。UWBは距離ベースの測定技術であるToF（Time of Flight）を使用して、非常に正確なセンチメートルレベルの精度を提供します。BLEは現在、屋内位置追跡用として最も正確なRF技術ではありませんが、依然として非常に効果的であり、最も広く使用されている技術の一つです。多くの屋内位置追跡シナリオでは高い精度が必要ないため、BLEは柔軟性、低電力、低コスト、実装の容易さなど、多くのユニークな利点を提供する適した選択肢です。 Bluetooth 5.1のリリースと新しい方向決定機能により、BLEはサブメートルレベルの精度で位置を決定できるようになります。これは、Angle of Arrival (AoA)を通じてBluetooth信号の方向を計算できる新しい能力のおかげで実現されます。この技術は信号強度 (RSSI) と組み合わせて使用され、デバイスや資産の位置を追跡し、向上した精度を提供します。方向を特定するためには、単一アンテナを持つモバイル資産（タグまたはビーコン）が多重アンテナアレイを持つ固定BLEセンサーに送信されます。信号受信後、多重アンテナの位相変化を測定して送信モバイルデバイスの接近角度を決定します。RSSIとAoAを組み合わせて、センチメートルレベルの精度でデバイスの座標を生成します。

BLEの通信範囲はどのくらいですか？

BLE位置追跡技術の範囲は、BLEビーコンまたはBLE対応センサーを使用するかどうか、屋内空間の特性などによって異なる場合があります。BLEは一般的にUWBやWi-Fiなどの他のRF技術よりも短い範囲で動作し、最適な条件と配置では0〜25メートル内で最もよく動作し、最大100メートルまで動作可能です。

BLEは他のRF技術とどのように異なりますか？

Bluetoothは他の無線標準技術と同様に、個別の要件、予算、施設、特定の位置ベースのユースケースに応じて適切なオプションとなり得る固有の特性と利点を提供します。BLEと他の技術との間の最も重要な違いは、少ない電力消費と多くの位置認識応用プログラムにおける柔軟性です。BLEは屋内空間全般でデバイスに内蔵されており、多くの位置追跡システムで活用され、産業や多様なユースケースを含む屋内位置追跡のために拡張可能です。