Hoe werkt Bluetooth Low Energy (BLE)?

Bluetooth is een draadloze communicatietechnologie met een kort bereik, voornamelijk ontworpen voor communicatie over korte afstanden. De apparaten moeten zich binnen een straal van ongeveer honderd meter bevinden. Een belangrijke reden voor het ongelooflijke succes van Bluetooth-technologie is de enorme flexibiliteit die het ontwikkelaars biedt. Met twee radio-opties biedt Bluetooth-technologie ontwikkelaars een veelzijdige set full-stack, fit-for-purpose oplossingen om te voldoen aan de behoefte aan draadloze connectiviteit.

Bluetooth bestaat al twintig jaar, maar de nieuwste versie, Bluetooth low energy (BLE), verandert geolocatie. BLE is ontworpen met soortgelijke functies als Bluetooth maar met de nadruk op energiezuinig. Daardoor is het niet zo snel als Bluetooth en niet geschikt voor het overbrengen van grote bestanden, maar wel ideaal voor het verplaatsen van kleine hoeveelheden gegevens met minimaal stroomverbruik.

BLE heeft het mogelijk gemaakt voor een breed scala aan kleine IoT-apparaten, zoals sensoren en tags, om te communiceren ondanks beperkte batterijen. De meeste smartphones en apparaten zijn tegenwoordig uitgerust met Bluetooth.

BLE verbruikt heel weinig energie in vergelijking met andere draadloze technologieën en kan langere tijd werken op een enkele batterijlading.

De energiebesparende eigenschappen van BLE maken het een ideale kandidaat voor use cases in supply chain beheer en logistiek. BLE-trackinglabels kunnen bijvoorbeeld op inventarisgoederen worden geplaatst om hun locatie in de hele toeleveringsketen te tracken. Deze informatie kan vervolgens worden gebruikt om de toeleveringsketen te optimaliseren en de logistieke efficiëntie te verbeteren.

Daarnaast kan BLE worden gebruikt om de toestand van inventarisartikelen te tracken, zoals temperatuur of vochtigheid. Deze informatie kan worden gebruikt om ervoor te zorgen dat goederen onder de juiste toestand worden bewaard en om bederf of beschadiging te voorkomen.

De toepassingen van Bluetooth low energy in het beheer van de toeleveringsketen zijn talrijk en gevarieerd. Dankzij het lage energieverbruik en de robuuste functies is BLE zeer geschikt voor een groot aantal use cases op dit gebied. Naarmate de technologie zich verder ontwikkelt, kunnen we nog meer innovatieve toepassingen van BLE in het beheer van toeleveringsketens en logistiek verwachten.

• BLE gebruikt ongeveer 1/10 van de energie die Bluetooth-apparaten gebruiken. BLE bereikt dit door constant in de ‘slaapstand’ te staan totdat er een verbinding wordt geïnitieerd.
• Als apparaten een groter bereik nodig hebben om te werken, moeten ze Bluetooth gebruiken, maar BLE moet worden gebruikt als ze langere perioden over kortere afstanden moeten werken.
• BLE blinkt uit in het verzenden van kleine en onregelmatige gegevenspakketten met een lage energiezuinigheid en lage latentie, terwijl Bluetooth uitblinkt in het continu verzenden van grote hoeveelheden gegevens.
• Bluetooth verbindingstijden zijn ~100ms, terwijl BLE verbindingstijden slechts enkele mS zijn – waardoor verbindingen met BLE veel sneller zijn dan standaard Bluetooth apparaten.
• BLE-apparaten kunnen verbinding maken met een groter aantal andere apparaten dan standaard Bluetooth.

De voordelen van Bluetooth Low Energy en BLE beacons zijn dat er geen interactie nodig is met bestaande IT-infrastructuur voor communicatie. Deze geolocatietechnologie werkt zowel buiten als binnen nauwkeurig.

BLE beacons bieden zowel buiten als binnen asset tracking. Hoe meer BLE beacons je binnen installeert, hoe nauwkeuriger de positionering van je asset zal zijn.

Er zijn twee opties om een trackapparaat via BLE te lokaliseren:

• Geobeacon (BLE beacon met vaste locatie): een BLE-locatiemarker op een vaste locatie maakt zijn positie bekend via BLE. Het trackapparaat ontvangt deze gegevens en meldt de positie aan de eindgebruiker.
• BLE-gateway: het trackapparaat kondigt zijn aanwezigheid aan via BLE aan een BLE-gateway op een vaste locatie. De BLE-gateway identificeert het trackapparaat en meldt de positie aan de eindgebruiker.

Geobeacons fungeren als locatiemarkeringen. Deze apparaten zenden een BLE-signaal uit dat trackers gebruiken om hun locatie te bepalen. Dus wanneer je beacons op bekende locaties installeert, zal de beacon zijn identificatiecode uitzenden. Het trackapparaat in de buurt identificeert de zender, het beacon, en gebruikt dit om zijn positie te bepalen.

Met beacons is er geen interactie nodig met de bestaande IT-infrastructuur voor communicatie. De beacon zelf is de minimale infrastructuur die geïnstalleerd moet worden. Een batterij-aangedreven beacon is veel goedkoper dan het installeren van kabels in industriële zones, waarvoor je mogelijk processen moet stilleggen en veiligheidscontroles moet uitvoeren.

De levensduur van de batterij is vele jaren gegarandeerd. Ze hebben zeer weinig energie nodig en kunnen gemakkelijk worden geïntegreerd in je bestaande logistieke infrastructuur. Een nadeel is dat het iets minder nauwkeurig is dan GPS en dat er een minimale infrastructuur nodig is waar dat bij GPS niet het geval is.

Een alternatieve benadering voor het lokaliseren van een BLE-apparaat is het werken met BLE-gateways. Gateways worden op vaste locaties geïnstalleerd en fungeren als locatiemarkering. Deze apparaten worden gebruikt om trackers te lokaliseren die niet (noodzakelijkerwijs) verbonden zijn met het internet. Het trackapparaat zendt een BLE-signaal uit dat door de gateway wordt ontvangen. De gateway stuurt de unieke identificatie van het zendende apparaat door naar de cloud zodat het gelokaliseerd kan worden.

Bluetooth low energy wordt voor veel verschillende toepassingen gebruikt, maar is het meest geschikt voor toepassingen waar andere technologieën voor locatie tracking beperkt zijn, zoals binnen waar GPS-systemen de locatie van mensen, objecten en andere assets niet nauwkeurig kunnen bepalen.

De primaire use case voor BLE is voor plaatsbepalingssystemen binnen. Plaatsbepalingssystemen voor binnen worden gebruikt om de locatie van mensen en assets te tracken, producten te promoten, informatie te delen en mensen te helpen navigeren.

• Asset tracking: BLE is nuttig voor het tracken van de algemene locaties van mensen, materiaal en goederen binnen omgevingen. Veel productie- en opslagfaciliteiten gebruiken BLE om assets te tracken.
• Productiebevordering: Bedrijven gebruiken BLE om pushmeldingen naar de mobiele apparaten van hun gebruikers te sturen wanneer ze in de buurt van hun winkels zijn.
• Informatie delen: BLE maakt het mogelijk om informatie te delen met mensen op een bepaalde locatie over points of interest (POI) in hun omgeving.
• Navigatie: BLE wordt ook gebruikt om mensen te helpen hun gewenste bestemming sneller te vinden. Dit wordt meestal mogelijk gemaakt door mensen die een specifieke mobiele applicatie installeren om communicatie tussen hun apparaten en BLE beacons in de zone mogelijk te maken.

Elke technologie heeft zijn voordelen en beperkingen, en BLE is daarop geen uitzondering. De nauwkeurigheid van BLE-lokalisatie berust op het bepalen van de afstand tot een vaste marker. Er zijn verschillende benaderingen. Het apparaat kan de locatie van de dichtstbijzijnde marker overnemen, afstanden schatten tot alle markers die het kan bereiken en driehoeksmeting uitvoeren om een positie te bepalen. Bij Sensolus gebruiken we een enkele BLE beacon. Er zijn ook verschillende technieken om de afstand tussen twee apparaten via BLE te bepalen. Het eenvoudigste is om de signaalsterkte van het ontvangen signaal te gebruiken, maar het meten van hoeken of het berekenen van de vluchttijd is ook mogelijk. Het gebruik van meerdere knooppunten op basis van ontvangen signaalsterkte heeft echter een lage nauwkeurigheid en het gebruik van hoeken vereist complexe hardware.

BLE bereikt een geoptimaliseerd en energiezuinig verbruik door de radio zoveel mogelijk uit te schakelen en kleine hoeveelheden gegevens met lage overdrachtssnelheden te verzenden. En het belangrijkste: het is al geïmplementeerd in de meeste smartphones op de markt.

BLE (en Bluetooth in het algemeen) is ontworpen voor toepassingen op korte afstand en daarom is het werkingsbereik beperkt. Er zijn een paar factoren die het bereik van BLE beperken:

• BLE werkt in het 2,4 GHz ISM-spectrum, dat sterk wordt beïnvloed door obstakels die overal om ons heen aanwezig zijn, zoals metalen voorwerpen, muren en water (vooral menselijke lichamen).
• Prestaties en ontwerp van de antenne van het BLE-apparaat.
• De fysieke behuizing van het apparaat.
• Apparaatoriëntatie.

De tracker kan een signaal ontvangen van een geobeacon als dat in de buurt is. Als de locatie van het geobeacen bekend is, wordt een locatie op de kaart getoond. Geobeacons kunnen zowel binnen als buiten worden geplaatst, maar ze zijn ideaal voor tracken binnen.