主页（http://www.cnwulian.net）：除了连接耳机，蓝牙技术还可以找钥匙？
[导读]蓝牙通信技术最早在 1994 年被电信巨头爱立信研发，1997 年正式被命名为 Bluetooth，今天已经成为全世界通用的通信技术。据蓝牙技术联盟 2018 年年中发布的《蓝牙市场最新资讯》估计，2018 年全年全世界蓝牙设备的出货量约在 40 亿左右，仅智能手机、电脑和笔记本，就达到了 20.5 亿左右。不夸张地说，很少有哪个标榜智能的电子设备，会没有蓝牙功能。而我们对这项不可或缺的技术，了解又有多少呢？
1 月 29 日，蓝牙技术联盟宣布推出全新的「寻向功能」(direction finding)，并称将显著提升基于位置服务的蓝牙解决方案的性能。举个简单的例子，有焦虑症的盆友，出门前翻箱倒柜找不到钥匙或钱包，大概会急死，新的蓝牙技术却能更精准的定位到物品的位置和方向，这个定位精度，蓝牙技术联盟宣称，将是厘米级的。
而厘米级的精准定位，熟悉物联网的朋友大概都能感觉到，其商业化场景落地的可能性，绝不仅仅是找找东西这么简单。
通信技术的自我修养
广义上的物联网(IoT，Internet of Things)通信技术主要分为两类：一类是短距离通信技术，如 Zigbee、WiFi、蓝牙、Z-wave 等;另一类是 LPWAN(低功耗广域网)，即广域网通信技术。而 LPWA 又可分为两类：一类是工作于未授权频谱的 LoRa、SigFox 等技术;另一类是工作于授权频谱下，3GPP 支持的 2/3/4G 蜂窝通信技术，比如 EC-GSM、LTE-M、NB-IoT 等。
不同通信技术的特点，决定了其应用场景和发展路线。蓝牙技术就是在短距离内让两个智能设备能连接在一起，比如我们熟悉的无线耳机、无线扬声器、车载信息娱乐系统等;大概在 2010 年左右，低功耗蓝牙的出现，让其应用场景大幅度拓展，比如智能手环或是随身的医疗设备，可以做到长时间的续航。以上都还是点对点的连接，后来在蓝牙 4.0 时，出现了广播的网络拓扑结构，可以理解为「一带多」，这就是现在蓝牙技术重要的应用方向蓝牙 Beacon 室内定位，主要用在位置服务上，在澳大利亚的维多利亚州立美术馆，下载 App 后，就可以进行场馆内的定位和路线优化。由于众所周知的原因，电子地图上应用广泛的 GPS 技术到了室内往往就抖个不停，切换为蓝牙后准确度就会提升许多(额外说一句，wifi 技术同样可以做到室内定位，但功耗较高)。在北京的大悦城和上海的宜家商场，这项技术都已经被应用，通过打开微信公众号就可以进行定位和导航。
大概是觉得这样还不够，毕竟其他的通信技术也是日新月异咄咄逼人，而物联网时代时不我待。在 2016 年 12 月，蓝牙技术联盟推出新一代的核心规格「蓝牙 5」，并在次年 7 月相继推出蓝牙 mesh 网络功能。
这个 mesh 网络功能值得一说，之前的连接是点对点、点对多，而 mesh 就是多对多，多个蓝牙设备之间可以相互连接。脑补一下，这种进化就像是从对讲机、广播，一下子进化到了社交网络，与之而来的就是更广泛的应用场景。蓝牙技术联盟称之为「革命性的变化」，弥补了蓝牙技术在以往部分应用场景的缺陷，通过蓝牙 mesh 将带来在控制系统、监控系统、自动化系统等方面的应用场景，而非像以往主要集中在 C 端的电子消费品上。
套用一句熟悉的台词，蓝牙这是要从消费互联网进军产业互联网了。
蓝牙应用的传统市场是手机等智能设备、音频娱乐、汽车、互联设备等，在蓝牙技术联盟的报告中，智能楼宇、智能家居、智能工业、智慧城市等被归入到蓝牙应用的新兴市场中去，并预计至 2022 年，采用蓝牙的位置服务设备年出货量将增长 10 倍，在智能物联网市场分一杯羹的野心昭然。
三角函数式的胜利
蓝牙是一种短距离通信技术，这个距离目前大概是在 300 米左右，因此其应用场景主要会是在室内。在上一个核心规范版本当中，蓝牙技术提高了传输速率，增加了 mesh，覆盖范围也增大了。但除了数据传输外，位置服务也是蓝牙技术的重要应用。
蓝牙的位置服务主要有两种：接近类解决方案和定位系统。
简单地说，有一个不断发出信号的设备(蓝牙标签)，和一个接收信号的设备(定位器)，定位器通过收到的信号强度(RSSI)就能估算出两者间的距离，这就是接近类解决方案。
而定位系统运用了同样的道理，不过定位器有三个。假如有三个定位器分别告诉你这个蓝牙标签距离你有 3、4、5 米，然后以这三个定位器为圆心分别画半径为 3、4、5 米的圆，就会发现三个圆交会在同一个点上。几何学上三点可以确定一个圆，反过来已知半径的三个圆点也可以确认一个点，但可惜的是，这个精度并不高，只有米级。
对于蓝牙技术期望打进的智能楼宇、智能家居、智能工业、智慧城市等领域来说，仅仅有 mesh 是不够的，比如智能楼宇需要的精准定位，智能家居的搜索(尤其是小物件)，还有在智能工厂对资产追踪等，都需要更高的精细度。
这也是蓝牙技术联盟，在 5.1 的版本中推出寻向功能的原因。据称，这一功能设计可以帮助设备明确蓝牙信号的方向，并实现厘米级精度的定位服务。
而具体的原理是怎么样的呢?一个发射器的信号，如果被一个接收器接收到，那么能感知到它们之间的距离;如果被两个接收器接收到，而且这两个接收器相对位置是固定的，那么除了获得距离发射器的大概距离外，还有这两个接收器接收到的信号各自的方向，也即是角度。已知一条线段和两个角能得到什么?利用三角函数的知识就知道，会确认一个三角形，以及对应的第三个点(发射器)的位置。当然，接收器更多也会更准确，但至少要有两个。
这就是所谓利用到达角(Angle of Arrival)方法，发射器通过单一天线发送特殊的数据封包，以阵列排布的多个天线由于天线到发射器的距离不同，接收到的信号存在相位差，在有源天线之间切换时，从接收到的信号中获取 IQ 样本，通过数据计算得出信号的相对方位。
而如果是多个发射器和一个接收器，就是出发角(Angle of Departure)方法，原理大致类似，但到达角方法更适用于物品追踪和地标信息，而出发角方法更适用于室内定位系统。这样同样是三边定位，和以前只知道距离相比，再加上三个对应角度后，既可以大幅提升精确度了。由于增强精准度依靠的是原理改造而非增强信号强度，其能耗并不会增加。
