完璧に見える床図面の上の Bluetooth Beacon 設置も、実際の建物では崩れることが多い。石膏ボードや棚、冷凍庫、人間の体はすべて電波を減衰させ、計画段階での3 dBの誤差が床に1 mのカバレッジの穴になる。解決策はより大きなバッテリーではなく、ゲートウェイを1台取り付ける前の適切なサイトサーベイとゾーンごとのRFモデルだ。
本稿はカバレッジを計画するエンジニアの現場ガイドである。伝搬の数式、素材別減衰表、現場計測のループ、そして設計が実際に機能することを証明する検証について扱う。
推測ではなくサーベイを行う理由
カバレッジの穴は2つの面で高くつく。第一に、ゲートウェイでの欠落した読み取りは、資産が再び電波圏に戻るまで「消えた」状態になり、まさに把握が必要な時に所在不明になる。第二に、設置後の修正は技術者とリフト、再構築の作業を伴う。半日のサーベイは、出張1回分より安い。
サーベイは3つの問いに正確に答える。
1. ゲートウェイをどこに置くか（天井・壁・柱）
2. 目標検出率を満たすために何台必要か
3. 閾値を超えつつバッテリーを無駄にしない送信電力はいくつか
実際に使うべき伝搬モデル
自由空間伝搬損失は屋内では役に立たない。対数距離伝搬損失モデルを使う。
L(d) = L0 + 10 * n * log10(d / d0) + X_sigma # dB
L0 : 基準距離 d0 (1 m) での伝搬損失
n : 伝搬損失指数（環境依存）
X_sigma : ガウス影（標準偏差 sigma, dB）
d : Beacon からゲートウェイまでの距離1 m において、0 dBm 送信の BLE はゲートウェイアンテナで典型的に L0 ≈ -41 dBm と計測される。指数 n が屋内で致命的になる。
| 環境 | n（伝搬損失指数） | sigma (dB) |
|---|---|---|
| 屋外/ロビー開放 | 2.0 – 2.3 | 3 – 4 |
| オープンオフィス | 2.6 – 2.9 | 4 – 6 |
| 倉庫（開放） | 2.8 – 3.2 | 5 – 7 |
| 陳列棚のある小売 | 3.0 – 3.5 | 6 – 9 |
| コンクリ/多壁 | 3.5 – 4.5 | 7 – 10 |
| 床スラブ貫通 | 4.5 – 6.0 | 8 – 12 |
検出閾値から逆算する。ゲートウェイが -85 dBm でパケットを復号し、Beacon が 0 dBm で送信する場合、使用可能な伝搬予算は85 dB。n = 3.0、L0 = -41 とすると：
85 = 41 + 10 * 3.0 * log10(d) -> 44 = 30 * log10(d)
log10(d) = 1.467 -> d ≈ 29 mn = 4.0（コンクリ）では同じ予算で d ≈ 12 m となる。1つのパラメータで到達距離が2.4倍違う。これが「到達距離30 m」という仕様が嘘になる理由だ。
素材別減衰：実世界の税金
伝搬損失指数は大まかな平均だ。硬い障害物には明示的な減衰を加える。2.4 GHz での計測値：
| 障害物 | 追加減衰 (dB) |
|---|---|
| 石膏ボード（単層） | 2 – 4 |
| ガラス窓（フィルム無） | 2 – 6 |
| 木棚/パレットラック | 3 – 8 |
| レンガ壁 | 8 – 12 |
| コンクリ壁 (100 mm) | 12 – 20 |
| 金属ラック/鉄扉 | 20 – 30（遮蔽しやすい） |
| 人体（経路上） | 3 – 5 |
| 冷凍/冷壁 | 10 – 20 |
| 段ボール（積層） | 1 – 3 |
経験則：Beacon が金属ラックの*内部*にある場合、見通しは失われると想定し、外部中継器か第2ゲートウェイを計画する。金属は「弱い電波」ではなくファラデーケージだ。
現場計測のループ
モデルは80%まで。サーベイが残り20%を埋める。
for 各候補ゲートウェイ位置 P:
既知の送信電力で試験 Beacon を配置
P の周りのグリッド点（1–2 m 間隔）を歩行
各点で30秒以上ゲートウェイの RSSI を記録
中央値 RSSI と検出率（受信/送信）を算出
if カバレッジ端での検出率 < 0.99:
P を移動、送信電力を上げ、またはゲートウェイ追加ツール：簡易確認用の nRF Connect を入れたスマホ、実測用のスニッファ（nRF52840 ドングル）、RSSI と時刻をファイルに書くログゲートウェイ。3つのアドバタイジングチャネル（37/38/39）すべてでサンプルする。WiFi に塞がれたチャネルは検出率を半減させる。
現実に耐えるゲートウェイ設置
- 天井に 2.5 – 3.5 m で取り付け。高ければ良いとは限らない（タグのある床へ下向きに）
- アンテナの上・後ろ 0.3 m は金属を空ける — 鋼デッキは放射パターンをパンケーキ状にする
- 隣接ゲートウェイ間でチャネル割り当てを回転し、同チャネル再利用を離す
- 「天井タイル罠」に注意：タイル格子は便利だが、その上にはダクトやケーブルが減衰させることが多い
- 高いラックには周囲だけでなく、通路間の中間高さにもゲートウェイを取り付ける
カバレッジ等高線と重複
1台のゲートウェイがタグを受信するのは脆い。重要ゾーンでは N重の重複 を設計する——全地点で閾値を超えるゲートウェイが少なくとも2台。
coverage_ok(点) = (RSSI(点, gw) > -85 dBm のゲートウェイ数) >= 2ヒートマップはグリッド上の各点で coverage_ok() を評価して色付けしたもの。重複係数はゲートウェイ台数と堅牢性のトレードオフ。倉庫では2重重複は1重より30–50%多くのゲートウェイを要するが、単点故障をなくす。
干渉と同チャネル負荷
BLE アドバタイジングは WiFi・Zigbee・電子レンジと 2.4 GHz を共有する。回避はできないが、被害は減らせる。
- 3つの ADV チャネルすべてを使う。WiFi AP がチャネル1なら主に ADV 37 を、6なら38、11なら39を害する
- ゲートウェイの WiFi 無線はチャネル1/6/11にしてずらす。ゲートウェイアンテナの*上*に WiFi AP を置かない
- 電子レンジは30秒間 -60 dBm のノイズを出す——休憩室近くのタグはより近いゲートウェイか別帯域が必要
容量：ゲートウェイあたり何台の Beacon
100% デューティでスキャンするゲートウェイは、おおよそそのエアタイム予算を受信する。Beacon 間隔500 ms、31バイトパケットでは1台がエアタイムの約0.05%を占めるため、理論上は数百台が収まる。実際はゲートウェイのスキャンウィンドウと CPU 解析速度が上限になる。
| スキャンウィンドウ | 500 ms 間隔の Beacon 数 | 備考 |
|---|---|---|
| 50% | 約1500 | CPU 高、欠落増 |
| 25% | 約800 | バランス |
| 10% | 約300 | 安全、低消費 |
密なゾーンでスキャン不足にすると欠落確率が上がる（アドバタイジング密度の記事の衝突計算参照）。迷ったらゾーンを分割する。
全体ではなくゾーンごとに較正
最大のサーベイミスは1つの global n。ロビーは n=2.2、その裏の冷凍庫は n=4.5。ウォークテスト中にゾーンごとに n と sigma を計測し、ゾーンごとのモデルを保存する。
zone_model[zone_id] = fit_path_loss(そのゾーンのサンプル点)ゲートウェイはタグの実在位置に合った指数で測位し、低信頼の読み取りにフラグを立てる。
署名する前の検証
設置後、製品の Beacon を製品の送信電力でウォークテストを再実行する。次を満たしてのみ受け入れる。
- 全カバレッジ点で検出率 ≥ 99%
- 重要ゾーンで目標の重複係数を維持
- いかなるゲートウェイも継続的に予算超えの欠落率を示さない
モデルは通るが実測で落ちる Beacon は計画ミスであり、ハードウェア不良ではない。
現場チェックリスト
- [ ] ゾーンごとの `n` と `sigma` を計測（想定ではなく）
- [ ] 金属ラック/冷凍庫を特定し対策
- [ ] ゲートウェイアンテナを金属から空け、チャネル回転
- [ ] 重要ゾーンで2重重複
- [ ] サーベイで3つの ADV チャネルすべてをサンプル
- [ ] 最終検証で製品送信電力を使用
- [ ] 欠落率予算を合意し達成
このように計画された Bluetooth Beacon ネットワークは、サーベイ時間がやや増える分、出張費用はずっと安くなる。先に測り、一度で取り付ける。
