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2020年08月18日 | 利用蓝牙跟踪人群，实现新冠病情的及时通知
2020-08-18 来源：EEWORLD
传统的人工溯源方式，可能无法跟上COVID-19的快速传播。在这里，技术可以缩短确认感染病例和隔离所有接触者之间的时间。
在成功控制病毒的国家中，韩国和德国正在使用数字追踪来控制和抑制疫情。虽然这带来了希望，但必须记住，技术只是一种工具，尽管是一种重要的工具，而不是一种全面的最终解决方案。
在投资数字跟踪技术的同时，设计工程师必须根据成本和风险评估收益。随着政府和人民越来越渴望回到从前，人们非常期待可以利用技术拯救生命和经济。
数字追踪应纳入传统的接触追踪程序，而不是取代它。由医学专业人员进行的追踪是接触追踪的一个基本过程，应与技术结合使用。此外，工程师们还没有成熟成熟的追踪技术。现有的技术容易出错，这会带来误报和漏报的风险。此外，如前所述，必须合法的利用数据。
用蓝牙跟踪密切接触者
蓝牙低能耗（LE）是一种无处不在、部署广泛、成熟的连接技术，在实现数字跟踪方面具有巨大的潜力。每一部新的智能手机都配有蓝牙接收机，几乎每个人都有一部智能手机。如果我们以某种方式重新编程智能手机的蓝牙功能，我们就有可能使用智能手机来检测哪些人直接接触到对方。
从技术角度来看，理论很简单。每一部智能手机的蓝牙都会被调校以向附近的手机播放随机短消息，这些随机短消息形成一个加密的签名。同时，每部手机都会监听并记录从附近设备接收到的所有加密签名。
下一步，每部手机都会建立一个与之接触的所有其他手机的记录。通过填充在线数据库，工程师可以构建一个完整的人口跟踪记录。如果个人“A”被诊断出患有COVID-19，可以立即通知所有联系人，要求他们进行自我隔离。
数字跟踪优点
基于蓝牙的数字跟踪在以下几个方面优于传统的联系人跟踪方法：
1.即时性：一旦确认病例，可迅速通知联系人，即时性对于我们能否减缓这种病毒的传播速度至关重要。
2.递归接触追踪：通过数字追踪，我们可以警告人们，他们可能正在直接接触到一个确认的对象（图1）。
3.资源优化：缓解医疗资源紧张。被告知的受试者仍然可以采取预防措施，即使目前不方便检测。
图1数字追踪可以触发对确诊病例的即时自我隔离以及递归接触追踪。资料来源：美国科学促进会
从纸面上看，一切都很好理解。然而，在现实中，有一些严重的挑战必须克服。首先也是最重要的一点，蓝牙并没有考虑到追踪。因此，需要重新设计蓝牙无线电的一些功能来解锁位置跟踪。例如，当蓝牙工作的2.4ghz频段被其他无线技术（如Wi-Fi）所占用，此频段的高流量会影响蓝牙的可靠性。
然而，由于蓝牙被广泛地部署，并且以合理的成本消耗最小的能量，所以破解蓝牙并解决其弱点是最有意义的。考虑到全球卫生危机的紧迫性，这可能是在合理时间内实现数字追踪技术的最有效方法。
RSSI技术
接收信号强度指示器（RSSI）技术提供了最接近部署的蓝牙数字跟踪解决方案。它使用接收信号强度的信息来确定两个蓝牙无线电之间的距离。
不幸的是，除了距离之外，还有其他一些因素影响信号强度。在室外环境中，湿度、温度和雨水会显著影响信号强度。在室内环境中，物体、多径反射和信号阻断器会极大地影响接收到的信号强度。
因此，蓝牙RSSI的距离分辨率被限制在3到5米，误报率远高于预期。这意味着，工程师们只能依靠这项技术来评估两个人是否在彼此的距离之内以及相隔多久，蓝牙RSSI跟踪算法可以将曝光分为近距离接触和远距离接触。
然而，RSSI无法评估联系人之间的实际距离，这本来是有价值的数据。不管其局限性如何，RSSI仍然可以在接触追踪中实现范式转换。
如果立即向智能手机发送通知，就会引发暴露人员的防范措施。然而，鉴于假阴性可能威胁人类生命，RSSI必须与传统的专业追踪调查合作。
蓝牙测向
与竞争对手相比，RSSI的一个重要优势是实现简单，可以缩短智能手机应用程序的开发周期。这意味着主要的技术公司可以围绕蓝牙无线电构建一个简单的API，开发者可以使用它来构建他们的追踪应用程序。其他定位跟踪蓝牙技术可以获得更精确的位置数据，需要访问蓝牙无线电的其他功能，这给智能手机用户带来了严重的隐私问题。
RSSI的一个主要替代方案是到达角（AoA）和离开角（AoD）解决方案，它们都属于蓝牙测向技术的范畴。蓝牙测向解决方案提供了亚米的定位精度，非常适合于密集的城市区域，如购物中心、杂货店和办公楼。在城市密集区，RSSI的假阳性和假阴性的误差会变得很高，而蓝牙测向可以提供更细粒度的人际接触数据。
蓝牙测向定位测量使用雷达和相控阵技术的相同原理（图2），一个天线阵列从一个发射源接收同一个波，根据接收到的波的方向，不同路径之间会产生相位变化的多个波形，从而判断出方向。
图2到达角（AoA）技术可以将定位检测精度提高到亚米级。
通过设施的位置使用两个天线阵列信标，可以在亚米精度内检测建筑物中每个蓝牙标签的位置，这个技巧使用一些几何技术来估计来自两个定位器的每个标签的距离和角度。
然而，在现实中，由于多径、偏振和抖动的变化，情况要复杂得多。在这里，先进的算法可介入修正误差，并将定位测量的精度限制在一米以内。
本文作者：Silicon Labs物联网无线解决方案RFIC设计工程师 Asem Elshimi。
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