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使用蓝牙和RSSI技术进行数字接触跟踪

文章作者:Asem Elshimi

蓝牙方向查找和RSSI技术正在涌现为数字接触追踪的解决方案，以监测冠状病毒蔓延。

传统的手动接触跟踪并不足够快，可以与Covid-19的快速传播保持步伐。在这里，技术可以缩短确认受感染案例和隔离所有触点之间的延迟。

在该国家设法控制病毒的国家，韩国和德国正在使用数字跟踪来遏制和抑制流行病。虽然这提供了希望，重要的是要记住，技术只有一个工具，尽管重要的是一个重要的，而不是全面的结局解决方案。

在投资数字追踪时，设计工程师必须继续评估对成本和风险的益处。随着各国政府和公民渴望回到科夫迪德世界，很容易对技术潜力来挽救生命和救援经济。

数字追踪应该纳入传统的接触者追踪程序，而不是取代它。由医疗专业人员进行的追踪访谈是追踪接触者的一个基本过程，应与技术一起使用。此外，工程师们还没有成熟的跟踪技术。现有的技术是容易出错的，这造成了假阳性和假阴性的风险。此外，如前所述，没有足够的数据合法地支持有关这种病毒如何传播的说法。

侵入蓝牙追踪联系人

低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy, LE)是一种普遍存在、广泛部署和成熟的连接技术，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备了蓝牙收音机，而且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无线电，我们就有可能使用智能手机来检测哪些人之间有直接的接触。

从技术角度来看，这个理论很简单。每台智能手机的蓝牙收音机都会被调到向附近手机发送随机短信息。随机短消息形成加密签名。同时，每一部手机都会监听并记录它们从附近设备接收到的所有加密签名。

接下来，每次手机都会构建它与之接触的所有其他手机的记录。通过填充在线数据库，工程师可以构建整个人口跟踪记录。如果单独的“A”被诊断为Covid-19，则可以将立即通知发送到所有联系人，要求它们到自治区。

数字跟踪的优点

基于蓝牙的数字跟踪优于传统的接触追踪方法：

即时性：一旦确认案例，可以快速通知联系人。无论我们是否可以减慢这种病毒，即时都可能是至关重要的。
递归联系跟踪：通过数字跟踪，我们可以警告人们，他们可能已经与确认的主题直接联系（图1)。
资源优化：它可以减轻医疗资源的压力。即使测试不是一个选择，通知的主题仍然可以采取预防措施。

图1数字跟踪可以触发立即自隔离的自隔隔离和去污响应，以确认案例和递归接触跟踪。来源：美国科学促进会

理论上，一切都很顺利。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是，蓝牙并不是建立在追踪联系人的基础上的。因此，有必要重新设计蓝牙无线电的一些功能，以解锁位置跟踪。例如，蓝牙运行的2.4 ghz频段被其他无线电技术(如Wi-Fi)大量占用。这个波段上的高流量会影响蓝牙的可靠性。

然而，由于蓝牙被广泛部署，并且以合理的成本消耗最小的能量，因此入侵蓝牙并绕过它的弱点是最有意义的。考虑到全球卫生危机的紧迫性，这可能是在合理时间框架内实现数字追踪技术的最有效方式。

RSSI技术

接收信号强度指示器（RSSI）技术提供最接近部署的蓝牙数字跟踪解决方案。它使用有关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、温度和降雨会对信号强度产生显著影响。在室内环境中，物体、多径反射和信号阻碍器会极大地影响接收到的信号强度。

因此，蓝牙RSSI距离分辨率限制为3到5米，具有高于假阴性和误报的理想速率。这意味着工程师只能依靠这项技术来评估两个人是否彼此邻近和多长时间。精心设计的蓝牙RSSI跟踪算法可以分类为接近和远离遭遇。

然而，RSSI将无法评估联系人之间的实际距离，这是有价值的数据。无论其限制如何，RSSI仍然可以在接触跟踪中启用范例转换。

发送给智能手机的直接通知将触发暴露的人的预防措施。然而，鉴于假阴性可能会威胁人类生命，RSSI必须与传统的专业追踪调查合作。

蓝牙测向

RSSI在竞争替代方案上的一个重要优势是其简单的实现，允许智能手机应用程序更短的开发周期。这意味着主要技术公司可以在蓝牙无线电车周围构建一个简单的API，开发人员可以使用它来构建其跟踪应用程序。可以实现更多粒状位置数据的其他位置跟踪蓝牙技术需要访问蓝牙无线电的低级功能，为智能手机用户构成严格的隐私问题。

RSSI的主要替代方案是到达角度（AOA）和偏离角度（AOD）解决方案，并且均落在蓝牙方向查找技术的类别下。蓝牙方向查找解决方案提供了子仪表位置精度，是商场，杂货店和办公楼等密集城市地区的理想选择。RSSI在密集的城市地区将有一个错误的误报和假阴性的错误。另一方面，蓝牙方向查找可以提供更多的人与人物联系人的粒度数据。

蓝牙方向查找位置测量使用雷达和相控阵技术的相同原理（图2)。根据接收波的方向，从远处源接收来自远处源相同波的天线阵列将产生多个波形，这是不同路径之间的相位变化。

图2到达角度（AOA）技术可以将位置检测精度与子仪表电平进行。