1. BLE（Bluetooth Low Energy）への取組

  • 当社では、人やものの流れを把握し「リードタイムの短縮」「原材料・在庫削減」等による生産性の向上手段について検証しています。
  • BLE（Bluetooth Low Energy）技術を使った3次元測位の検証について
    • 方向検知機能の技術の検討
    • デバイスの選定と検証
    • 通信の検証
    • データの見える化の検討

2. Bluetooth5.1について

2-1. Bluetooth5.1の新機能

  • 方向検知機能が追加されその機能には、AoAとAoDの計算が含まれています。
  • その他の機能として、GATT1 キャッシング機能強化、アドバタイズチャネルインデックスのランダム化、アバタイズによる定期的な同期情報の転送などアドバタイズ機能の強化が含まれています。

3. 方向検知機能の技術

3-1. RSSI（受信信号強度）の測定

  • 近接ソリューションはBLEを活用して２つのデバイス間の近接性を判断します。
  • RSSI（受信信号強度）を測定してそれらがどれだけ近いかを判断します。
  • タグが付いた物の近くにいるユーザーに情報を送ることができます。
  • 例としては、小売店や図書館や美術館、観光地などがあります。

3-2. RTLS(Real-Time Location Services)などの測位システムの使用例

  • 主に屋内で使用され目的のデバイスが置かれているかを検知します。
  • 資産追跡、ユーザー追跡、経路探索ソリューションなどがあります。
  • Bluetooth5.1より前は、BLEデバイスの近接判断は、RSSI（受信強度）のみに依存していました。
  • 当社の簡単な実験では、障害物、受信装置の設置方法などの要因で数メートルの誤差が確認されています。このような判断でこれまでのBLEによる測位は難しいと考えていました。
  • Bluetooth5.1では、AoAとAoDの計算により測位システムの制度は１m以内のレベルになるといわれています。
  • 高精度位置情報を実現する方向検知機能と表現されることもあります。

3-3. AoA(Angle of Arrival)

  • AoAは、RTLS（リアルタイム位置情報サービス）と物品検索に役立ちます。
  • AoAでは、受信機は２つ以上のアンテナが必要ですが、送信機に必要なアンテナは１つです。
  • 例としては、移動物に着ける「移動タグ」、受信機は位置が固定されたデバイス「固定タグ」が移動タグが出す信号を変換して移動タグ（送信デバイス）の方向を計算します。

3-4. AoD(Angle of Departure)

  • AoDの場合、屋内の測位システム（IPS：Indoor Positioning System)に有用です。
  • Aodでは、送信機は２つ以上のアンテナ、受信機には１つのアンテナが必要です。
  • 例として、送信デバイスは、位置が固定されたデバイスで受信デバイスは移動するスマートファンなどが考えられます。
  • スマートフォンのアプリは、受信した信号の方向をAoDのデータから判断し、アプリで表示する地図上に位置を表示できます。

3-5. Gattキャッシング

  • Bluetooth5.1で導入された他の機能としてGATTサーバーの属性テーブルを保存するGATTキャッシングがあります。
  • 無線がオンになる時間を短縮できのそ結果消費電力を少なくできます。
  • 接続も高速になります。

3-6. Advertising channel index の使用法と変更

  1. アドバタイズ2パケットを送信するために使用されるアドバタイズチャネルインデックスの順序の新機能です。
  • プライマリアドバタイズパケットのチャネルは、37,38,39またはこれらのサブチャネルで送信されます。
  • v5.1以降は、これらのチャネルを任意の順序で使用できるようになりました。
  • これは、ネットワーク内のデバイス間通信でアドバタイズパケットを利用するような大規模なBluetoothメッシュネットワーク展開に役立ちます。
  • なぜなら、使用するチャネルの順序をランダム化することでアドバタイズパケットの衝突を軽減できるからです。
  1. アドバタイズによる定期的な動機情報を転送する新機能です。
  • 拡張アドバタイズメントを利用してデバイスを同期するモードが設定できます。
  • 継続的にアドバタイズする別のデバイスと通信し、接続を確立せずに発生した「変更に関するデータ」を受信します。
  • このモードの最初の段階では、リスニングデバイスがアドバタイズパケットを継続的に追跡できるようになります。
  • Bluetooth5.1の新機能により、以前にアドバタイズデバイスに同期していたデバイスが別のアドバタイズデバイスにも同期するための同期情報を転送できるようになります。
  • この機能は、主に補聴器などのでデバイスで有効となります。「Audio over LE」規格を対象としています。

4. 取組状況

4-1. システムの構成

  • 位置測位は一般に、端末から発せられる電波（BLEビーコン、LTE）や光、磁気などのデータを用いて位置を算出します。今回はBluetooth5.1+SoracomLTEを使った手法を検証中です。

  • XPLR-AOA概要図

  • 予想図：XPLR-AOA + LTE + AWS

4-2. ublok社のAoA

  • uBlok社のデバイスで検証中です。

  • 高度な技術が必要であり、Quuppa社の製品を大手が採用しているのが現状です。
以上

  1. GATTは、ATTを用いてデータを構造化する方法と、アプリケーション間でのやり取りの方法を定義する。Bluetooth low energyのアプリケーションは、すべてこのGATTを使用して構築されることから、GATTはBluetooth low energyのデータ転送の主軸となるものである。 ↩︎

  2. 接続待ち（アドバタイズ ）BLEではセントラルからの接続待ちの仕組みをアドバタイズと呼びます。アドバタイズとはブロードキャスト通信のことです。ブロードキャスト通信とは１対１の通信ではなく、不特定多数の相手にデータを送信する一方通行の通信方式という意味になります。アドバタイズは、ペリフェラル機器が「僕はここにいるよ」ということを伝える為の無線信号です。ペリフェラル機器は接続待ちの間、定期的にアドバタイズを発信しています。アドバタイズの発信周期は自由に設定できますが、100ms毎とか１秒毎に発信することが多いです。 このアドバタイズにはペリフェラル機器の名前や属性データを含めて発信することが出来ます。セントラル機器はスキャンすることでアドバタイズを受信します。これにより周囲にどんなペリフェラル機器がいるかを知ることができます。 ↩︎