BLE là gì?

Bluetooth Low Energy (sau đây gọi là BLE) là công nghệ tần số vô tuyến (RF) để truyền thông không dây, có thể được sử dụng cho nhiều mục đích theo dõi vị trí trong nhà khác nhau. Sử dụng công nghệ BLE, vị trí của con người, thiết bị và tài sản có thể được phát hiện và theo dõi để sử dụng cho các mục đích như theo dõi tài sản, điều hướng trong nhà và dịch vụ lân cận. Giống như các giao thức truyền thông khác như Wi-Fi và UWB, BLE có thể được sử dụng để gửi và nhận dữ liệu không dây. BLE 4.0 được phát hành vào năm 2010 và được thiết kế để tiêu thụ ít điện năng hơn nhiều so với phiên bản trước đó, Bluetooth Classic. Thiết kế tiết kiệm năng lượng này đã dẫn đến sự xuất hiện của nhiều công nghệ Bluetooth mới như tích hợp với điện thoại thông minh và các thiết bị không dây khác nhau, phát triển các thiết bị đeo và thiết bị IoT, và beacon BLE chạy bằng pin.

Sự phát triển của công nghệ BLE

Sự phát triển của công nghệ BLE đã mang lại những thay đổi cơ bản cho hệ sinh thái Bluetooth toàn cầu. Nhiều thiết bị Bluetooth đã thâm nhập vào không gian trong nhà và hiện có hơn 8 tỷ thiết bị Bluetooth trên toàn thế giới. Cơ sở hạ tầng và công cụ tương thích Bluetooth mới cung cấp các khả năng nhận biết vị trí sáng tạo. Kể từ khi iBeacon của Apple được phát hành lần đầu tiên vào năm 2013, nhiều công nghệ BLE đã xuất hiện. iBeacon được thiết kế để cho phép các beacon vật lý giao tiếp với các thiết bị không dây lân cận, hoạt động cùng với các ứng dụng iOS và Android. Năm 2015, Google đã phát hành Eddystone, một giao thức beacon tập trung vào tính cởi mở và khả năng tương tác. Cùng với hai giao thức beacon hàng đầu này, nhiều sản phẩm beacon vật lý và các công nghệ BLE khác như cảm biến theo dõi vị trí và thẻ tag đã hỗ trợ nhiều ứng dụng theo dõi vị trí trong nhà và dịch vụ vị trí, thay đổi cách con người và thiết bị tương tác với không gian trong nhà. Các công nghệ này và các giao thức truyền thông Bluetooth nói chung đang tiếp tục phát triển. Năm 2016, phiên bản Bluetooth mới Bluetooth 5.0 đã được giới thiệu. Dựa trên BLE 4.0, phiên bản mới này cho phép tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và giao tiếp ở khoảng cách xa hơn. Bluetooth 5.1, được công bố vào năm 2019, cho phép phát hiện vị trí chính xác hơn thông qua tìm hướng (direction finding, DF), dự kiến sẽ cung cấp độ chính xác ở mức centimet. BLE là một trong những công nghệ RF phổ biến nhất để theo dõi vị trí trong nhà, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị không dây, có đặc điểm là năng lượng thấp, chi phí thấp, nhiều tùy chọn phần cứng dễ triển khai và linh hoạt trong nhiều ứng dụng dựa trên vị trí khác nhau.

BLE Beacon là gì?

Beacon BLE là máy phát Bluetooth năng lượng thấp nhỏ gọn và đa năng, có thể được phát hiện bởi các thiết bị không dây như điện thoại thông minh hỗ trợ BLE. Beacon được gắn vào tường hoặc cấu trúc, hoặc đặt trên các tài sản di động để cung cấp tham chiếu vị trí cho các ứng dụng định vị trong nhà. Điều này hỗ trợ khái niệm BYOD (Bring Your Own Device), cho phép bất kỳ ai sử dụng điện thoại thông minh hoặc các thiết bị tích hợp khác để tương tác với các ứng dụng hỗ trợ BLE. Beacon BLE tìm vị trí của thiết bị để cung cấp nội dung liên quan như tài liệu, video, ứng dụng hoặc cung cấp hướng dẫn về thời gian hoặc vị trí của người dùng để hướng dẫn và thu hút người dùng. Beacon gửi tín hiệu theo định kỳ để các thiết bị hỗ trợ BLE khác có thể phát hiện. Dữ liệu vị trí thu thập từ beacon được các thiết bị BLE thu thập và gửi đến IPS (Internet Positioning System) để xác định vị trí của thiết bị. Điều này hỗ trợ nhiều ứng dụng nhận biết vị trí và có thể kích hoạt các hành động cụ thể. Beacon có nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau. Nhiều beacon sử dụng pin tích hợp để hoạt động trong nhiều năm hoặc có thể được cấp nguồn qua các kết nối như USB. Công nghệ BLE thường có chi phí sản xuất thấp hơn các công nghệ RF khác, vì vậy nó cung cấp các tùy chọn phần cứng nhỏ gọn, rẻ tiền và ít bảo trì với khả năng tùy chỉnh để triển khai phù hợp với các yêu cầu riêng biệt. Một số beacon vượt xa BLE để tích hợp các công nghệ bổ sung như gia tốc kế hoặc cảm biến nhiệt độ để đạt được kết quả nâng cao. Beacon ảo cho phép thêm công nghệ beacon BLE mà không cần nhiều phần cứng bổ sung. Với beacon Bluetooth ảo, bạn có thể thêm anten vào các điểm truy cập Wi-Fi tương thích và sử dụng chúng cùng với các công cụ phần mềm bổ sung cho các ứng dụng định vị trong nhà khác nhau. Nhiều điểm truy cập Wi-Fi doanh nghiệp thông thường hiện nay đã được tích hợp công nghệ BLE. Điều này cho phép các tổ chức sử dụng điểm truy cập làm beacon và cảm biến để phát hiện và xác định vị trí các thiết bị BLE đang truyền tín hiệu mà không cần thiết lập cơ sở hạ tầng bổ sung.

Định vị BLE hoạt động như thế nào?

Giải pháp định vị trong nhà BLE sử dụng các cảm biến hoặc beacon hỗ trợ BLE để phát hiện và xác định vị trí các thiết bị Bluetooth như điện thoại thông minh hoặc thẻ tag theo dõi trong không gian trong nhà. Dữ liệu vị trí thu thập được từ cảm biến hoặc dữ liệu do beacon gửi đến thiết bị di động được thu thập và phân tích bởi các ứng dụng định vị khác nhau, dựa trên đó nhiều trường hợp sử dụng nhận biết vị trí được thực hiện.

Định vị BLE sử dụng Beacon

Beacon BLE liên tục phát tín hiệu BLE. Những tín hiệu này có thể được phát hiện bởi các thiết bị xung quanh, bao gồm điện thoại thông minh và cảm biến hỗ trợ BLE. Khi beacon được đặt ở các vị trí cố định trong không gian trong nhà, tín hiệu phát ra liên tục sẽ bao gồm mã định danh duy nhất của beacon đó. Mã định danh này được truyền định kỳ cùng với các dữ liệu khác theo giao thức truyền thông beacon. Điện thoại thông minh hoặc các thiết bị không dây khác hỗ trợ các ứng dụng chuyên dụng hoặc dịch vụ được cấu hình sẵn có thể nhận và phân tích tín hiệu từ beacon khi ở trong phạm vi của beacon (theo cách tiếp cận trung tâm người dùng) hoặc gửi thông tin này đến máy chủ (theo cách tiếp cận trung tâm máy chủ). Việc phát hiện giữa một beacon và một thiết bị có thể kích hoạt các dịch vụ vị trí dựa trên sự lân cận để xác định xem beacon và thiết bị có nằm trong phạm vi của nhau hay không. Thông qua giao tiếp giữa nhiều beacon được đặt chiến lược trong không gian trong nhà, một bản đồ vector sử dụng mối quan hệ giữa beacon và thiết bị không dây có thể được trích xuất để xác định vị trí của thiết bị. Tùy thuộc vào ứng dụng, vị trí được xác định của thiết bị có thể kích hoạt các tác vụ cụ thể hoặc được sử dụng cho nhiều chương trình hoặc dịch vụ ứng dụng khác nhau. Beacon BLE cũng có thể được đặt trên các thiết bị di động, điều này hữu ích trong các kịch bản theo dõi tài sản. Các beacon BLE được cài đặt trên các thiết bị di động này có thể được phát hiện và định vị bởi các cảm biến hỗ trợ BLE cố định.

Định vị BLE sử dụng cảm biến

Định vị bằng cảm biến BLE sử dụng các cảm biến hỗ trợ BLE được đặt tại các vị trí cố định trong không gian trong nhà. Các cảm biến này phát hiện và định vị thụ động các thiết bị Bluetooth như điện thoại thông minh BLE, thẻ tag theo dõi tài sản, beacon, huy hiệu nhân viên, thiết bị đeo, v.v., dựa trên cường độ tín hiệu phát ra. Dữ liệu vị trí này được gửi đến Hệ thống định vị trong nhà (IPS) trung tâm hoặc Hệ thống theo dõi vị trí thời gian thực (RTLS). Công cụ định vị phân tích dữ liệu này để trích xuất bản đồ vector và sử dụng nó để xác định vị trí của thiết bị phát. Các tọa độ này có thể được sử dụng để trực quan hóa vị trí của thiết bị hoặc tài sản trên bản đồ trong nhà của không gian, hoặc cho các mục đích khác tùy thuộc vào ứng dụng nhận biết vị trí cụ thể.

Định vị Bluetooth chính xác đến mức nào?

Theo dõi vị trí trong nhà và hệ thống vị trí thời gian thực BLE có thể cung cấp các mức độ chính xác khác nhau tùy thuộc vào kiến trúc hệ thống, lựa chọn phần cứng và mật độ cảm biến hoặc beacon được triển khai. Cả hai phương pháp theo dõi vị trí trong nhà bằng cảm biến BLE hoặc beacon thường có thể cung cấp độ chính xác vị trí dưới 5m nếu xem xét các điều kiện tối ưu và cách bố trí.

BLE khác với các công nghệ RF khác như thế nào?

UWB có thể phát hiện vị trí của thiết bị trong phạm vi dưới 200 mét. Tuy nhiên, nó thường hoạt động hiệu quả nhất ở khoảng cách ngắn từ 1-50 mét và đạt kết quả tốt nhất khi có tầm nhìn thẳng giữa thiết bị hoặc điểm mốc (anchor). Ở khoảng cách ngắn, UWB cung cấp khả năng giao tiếp rất chính xác, nhanh chóng và an toàn với mức độ nhiễu tối thiểu.

Tương tự như công nghệ Wi-Fi, Bluetooth cũng thường ước tính vị trí bằng cường độ tín hiệu (RSSI) của thiết bị. Phương pháp xác định vị trí này thường cung cấp độ chính xác ở mức mét và kém phù hợp hơn nhiều so với các công nghệ như UWB. UWB sử dụng ToF (Time of Flight), một công nghệ đo lường dựa trên khoảng cách, để cung cấp độ chính xác rất cao ở mức centimet. Mặc dù BLE hiện không phải là công nghệ RF chính xác nhất để theo dõi vị trí trong nhà, nhưng nó vẫn rất hiệu quả và là một trong những công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất. Vì nhiều kịch bản theo dõi vị trí trong nhà không yêu cầu độ chính xác cao, BLE là một lựa chọn phù hợp cung cấp nhiều ưu điểm độc đáo như tính linh hoạt, năng lượng thấp, chi phí thấp và dễ triển khai. Với việc phát hành Bluetooth 5.1 và các tính năng xác định hướng mới, BLE sẽ có thể xác định vị trí với độ chính xác dưới một mét. Điều này được thực hiện nhờ khả năng mới để tính toán hướng của tín hiệu Bluetooth thông qua Angle of Arrival (AoA). Công nghệ này được sử dụng cùng với cường độ tín hiệu (RSSI) để theo dõi vị trí của các thiết bị và tài sản với độ chính xác được cải thiện. Để tìm hướng, một tài sản di động (thẻ tag hoặc beacon) có một anten sẽ truyền tín hiệu đến một cảm biến BLE cố định có mảng nhiều anten. Sau khi nhận tín hiệu, sự thay đổi pha của nhiều anten được đo để xác định góc tiếp cận của thiết bị di động truyền tín hiệu. Kết hợp RSSI và AoA để tạo ra tọa độ thiết bị với độ chính xác ở mức centimet.

Phạm vi giao tiếp của BLE là bao nhiêu?

Phạm vi của công nghệ theo dõi vị trí BLE có thể thay đổi tùy thuộc vào việc sử dụng beacon BLE hay cảm biến hỗ trợ BLE, các đặc tính của không gian trong nhà, v.v. BLE thường hoạt động trong phạm vi ngắn hơn các công nghệ RF khác như UWB hoặc Wi-Fi, hoạt động tốt nhất trong khoảng 0-25 mét trong các điều kiện tối ưu và có thể hoạt động lên đến 100 mét.

BLE khác với các công nghệ RF khác như thế nào?

Bluetooth, giống như các công nghệ tiêu chuẩn không dây khác, cung cấp các đặc tính và ưu điểm độc đáo có thể là một lựa chọn phù hợp tùy thuộc vào yêu cầu cá nhân, ngân sách, cơ sở vật chất và các trường hợp sử dụng dựa trên vị trí cụ thể. Sự khác biệt quan trọng nhất giữa BLE và các công nghệ khác là mức tiêu thụ điện năng thấp và tính linh hoạt trong nhiều ứng dụng nhận biết vị trí. BLE được tích hợp trong các thiết bị trên khắp không gian trong nhà, được sử dụng trong nhiều hệ thống theo dõi vị trí và có thể được mở rộng để theo dõi vị trí trong nhà bao gồm cả các ngành công nghiệp và các trường hợp sử dụng đa dạng.