jouw wetenschapsgids in de hoofdstad

jouw wetenschapsgids in de hoofdstad

De zoektocht naar betere indoor positiebepaling

Google Maps en andere apps hebben onze smartphone omgetoverd tot een volwaardige GPS; compleet met het veranderen van rijstrook, realtime verkeersinformatie en aanduiding van interessante locaties zoals parkings en restaurants. Verloren lopen als voetganger in kleine steegjes is ook al verleden tijd.
Maar als het gaat om je positie binnenshuis te bepalen, staan we nog niet heel erg ver. Althans zo lijkt het voor het grote publiek. Achter de schermen zijn onderzoekers volop bezig met de beste technologie voor indoor positiebepaling te testen en te vergelijken. Dat is nodig, want het klassieke GPS-signaal heeft immers heel wat last om door muren of daken te dringen.
De inzet is dan ook groot. Niet alleen levert het een GPS voor o.a. winkelcentra, ziekenhuizen en ondergrondse faciliteiten op, maar maakt het hulpbehoevenden onafhankelijker of maakt het hulpdiensten makkelijker om gepaste en efficiënte hulpverlening te bieden bij noodgevallen in stedelijke gebieden.

Focus op Bluetooth Low Energy

In het onderzoeksveld naar indoor positiebepaling ligt er momenteel een focus op onderzoek naar Bluetooth Low Energy (BLE). Zo ook bij de Erasmushogeschool Brussel met het Tetra-project P-wearables. BLE is immers op korte tijd een standaard geworden in smartphones en bezit heel wat eigenschappen die kunnen dienen voor positiebepaling.

__________________________________________________________________

” In het onderzoeksveld naar indoor positiebepaling ligt er momenteel een focus op onderzoek naar Bluetooth Low Energy (BLE). “

__________________________________________________________________

De BLE technologie bouwt verder op de bestaande Bluetooth technologie die iedereen gebruikt voor bv. muziek draadloos naar een luidspreker te zenden. Door de bestaande Bluetooth technologie veel energiezuiniger te maken kom je uit bij Bluetooth Low Energy. Met deze technologie is het mogelijk om draadloos te kunnen communiceren met bv. een smartphone én apparaten te ontwerpen die zonder problemen enkele jaren op een batterij kunnen overleven.

Huidige toepassingen van Bluetooth Low Energy

Eén van de toepassingen van BLE is de Bluetooth beacon. Beacons zijn in feite kleine zendertjes die op een regelmatig tijdstip een signaal uitzenden. We kunnen dit best vergelijken met een vuurtoren aan de rand van de kust. Die vuurtoren diende vroeger als referentiepunt, een baken, voor schippers. Nu dient een Bluetooth beacon als referentiepunt voor een smartphone. Vandaar ook de naam beacons.

De meest eenvoudige toepassing van deze beacons is om de nabijheid van iets te detecteren. Zo kan een winkelier aan de ingang van zijn winkel een beacon plaatsen. Wanneer een klant dan in de buurt van zijn winkel komt, krijgt hij een melding op zijn smartphone met daarin de promoties van vandaag.
Wanneer we echter de sterkte van het signaal gaan meten, kunnen we ook de afstand bepalen tussen de ontvanger en de zender van het signaal. Aan de hand van deze afstand weten we hoe groot de cirkel is rond de zender waar in we ons bevinden. Als we nu de afstand tot meerdere zenders meten, dan is het snijpunt van de verschillende cirkels onze exacte positie. Deze manier van positiebepaling heet triangulatie.

Bluetooth beacons als indoor positiebepaling?

Deze triangulatie met Bluetooth beacons lijkt een ideale kandidaat om indoor een positie te bepalen. De meeste mensen hebben intussen een smartphone en de beacons kunnen vrijwel overal geplaatst worden. We zien dan ook heel wat projecten ontstaan die BLE grondig testen voor indoor positiebepaling, ook in België.

Zo is er het project van de supermarktketen Colruyt die BLE beacons inschakelt om bepaalde productieprocessen vlotter te laten verlopen. Uit de eerste resultaten blijkt echter dat de nauwkeurigheid van het Bluetooth systeem niet goed genoeg is. De resultaten hadden een nauwkeurigheid van slechts enkele meters, hierdoor is de technologie moeilijk bruikbaar als betrouwbaar navigatiesysteem.

__________________________________________________________________

” De resultaten hadden een nauwkeurigheid van slechts enkele meters, hierdoor is de technologie moeilijk bruikbaar als betrouwbaar navigatiesysteem.”

__________________________________________________________________

Onderzoek aan de Erasmushogeschool Brussel bevestigt ook deze resultaten. Een student in de opleiding Multimedia & Communicatietechnologie ontwikkelde in het kader van zijn final work een applicatie met beacons om de positie te bepalen van bezoekers op concerten of festivals. Op deze manier creëerde hij een interactief lichtspel. Zijn nauwkeurigheid ligt op ongeveer één meter wanneer de afstand tot de beacon kleiner is dan vijf meter. Dit leverde een afwijking op van 20% in het lichtspel. Voor de doelstellingen van zijn project was dit echter zeker aanvaardbaar.

Kan BLE wel voldoende betrouwbaar zijn als navigatiesysteem?

Bluetooth Low Energy is eigenlijk nooit ontworpen om gebruikt te worden als precieze locatiebepaling. De frequentie waarop een BLE beacon gegevens verzendt, is 2.4GHz. Dit is dezelfde frequentie als een standaard Wi-Fi netwerk. Wanneer er dus een Wi-Fi access point in de buurt van een beacon is, verstoort die het beacon signaal. En door de korte golflengte van de signalen zijn ze niet in staat om door solide objecten, zoals een muur of persoon, heen te dringen. De signaalsterkte neemt hierdoor sterk af en krijgen we een vervormd beeld van de afstand tussen de zender en de ontvanger.

Een alternatief voor indoor positionering is dan door gebruik te maken van ultrasoon geluid. Door de tijd te meten tussen het verzenden en het ontvangen van het geluidsignaal, kunnen we de afgelegde afstand meten tot de ontvanger. Deze meettechniek heet Time Difference of Arrival. Wanneer er in één geluidssignaal meerdere boodschappen of codes verzonden worden, genaamd Code Division Multiple Access, is het mogelijk om aan de hand van enkele wiskundige bewerkingen de nauwkeurigheid te verhogen. Dat lezen we in het onderzoeksproject aan de Vrije Universiteit Brussel van Dhr. Laurent Segers en verder uitgewerkt door Dhr. David Van Bavegem. Uit de thesis van Van Bavegem valt te concluderen dat in de praktijk een nauwkeurigheid van één centimeter haalbaar is. Een grote verbetering tegenover enkele meters met de BLE beacons.
Het grote nadeel van deze technologie is dat vandaag de dag smartphones niet beschikken over de nodige sensoren om ultrasone signalen te ontvangen. Hierdoor is het nog niet mogelijk om deze technologie te gebruiken voor app development.

De strijd om een standaard indoor positiebepaling ligt nog helemaal open

We kunnen dus stellen dat door enkel gebruik te maken van de signaalsterkte als meetbare eenheid, er slechts een nauwkeurigheid van enkele meters mogelijk is. Dat is vooral te wijten aan de onvoorspelbare externe invloeden waardoor de signaalsterkte varieert.

Toch heeft een technologie als Bluetooth Low Energy heel wat voordelen die niet zomaar aan de kant geschoven mogen worden. Verder onderzoek kan uitmaken of een combinatie met andere technologieën betere resultaten kunnen opleveren. To be continued dus.