Ein Bluetooth Beacon-Rollout, das auf dem Grundriss perfekt aussieht, bricht im echten Gebäude oft zusammen. Trockenbau, Regale, Tiefkühler und menschliche Körper schlucken HF, und ein 3-dB-Fehler in der Planung wird zum einen Meter großen Loch im Boden. Die Lösung ist keine größere Batterie, sondern ein ordentlicher Site Survey und ein zonenbasierter RF-Model vor dem Montieren auch nur eines Gateways.
Dieser Artikel ist die Ingenieur-Feldanleitung zur Planung der Beacon-Abdeckung: die Ausbreitungsmathematik, die Materialdämpfungstabelle, die Feldmess-Schleife und die Validierung, die beweist, dass das Design funktioniert.
Warum ein Survey statt einer Vermutung
Abdeckungslöcher sind auf zwei Arten teuer. Erstens bedeutet eine fehlende Lesung am Gateway, dass ein Asset “verschwindet”, bis es wieder in Reichweite wandert — genau dann, wenn man seinen Standort wissen musste. Zweitens kostet die Nachbesserung nach der Installation einen Techniker, eine Hebebühne und eine Re-Kommissionierung. Ein halber Tag Survey ist günstiger als ein Außeneinsatz.
Ein Survey beantwortet drei Fragen präzise:
1. Wo kommen die Gateways hin (Decke, Wand, Säule)?
2. Wie viele braucht man für die Zieldetektierbarkeit?
3. Welche Tx-Leistung soll der Beacon nutzen, um den Schwellenwert zu treffen, ohne Batterie zu verschwenden?
Das Ausbreitungsmodell, das man wirklich nutzen sollte
Freiraum-Dämpfung taugt indoors nichts. Nutzen Sie das logarithmische Abstandsmodell:
L(d) = L0 + 10 * n * log10(d / d0) + X_sigma # dB
L0 : Dämpfung bei Referenzabstand d0 (1 m)
n : Dämpfungsexponent (umgebungsabhängig)
X_sigma : Gaußsche Schattierung (Stdabw. sigma, dB)
d : Abstand Beacon zu GatewayBei 1 m misst BLE mit 0 dBm Tx typischerweise L0 ≈ -41 dBm an der Gateway-Antenne. Der Exponent n ist es, der indoors umgebracht wird:
| Umgebung | n (Exponent) | sigma (dB) |
|---|---|---|
| Freigelände/Lobby | 2.0 – 2.3 | 3 – 4 |
| Offene Büros | 2.6 – 2.9 | 4 – 6 |
| Lager (offen) | 2.8 – 3.2 | 5 – 7 |
| Einzelhandel Regal | 3.0 – 3.5 | 6 – 9 |
| Beton/viele Wände | 3.5 – 4.5 | 7 – 10 |
| Durch Geschossdecken | 4.5 – 6.0 | 8 – 12 |
Rechnen Sie vom Schwellenwert zurück. Dekodiert das Gateway bei -85 dBm und sendet der Beacon mit 0 dBm, beträgt das Budget 85 dB. Mit n = 3.0, L0 = -41:
85 = 41 + 10 * 3.0 * log10(d) -> 44 = 30 * log10(d)
log10(d) = 1.467 -> d ≈ 29 mBei n = 4.0 (Beton) liefert dasselbe Budget d ≈ 12 m. 2,4x Unterschied in der Reichweite durch einen Parameter — und der Grund, warum “30 m Reichweite” lügt.
Materialdämpfung: die reale Steuer
Der Exponent ist ein grober Mittelwert. Bei harten Hindernissen addiert man explizite Dämpfung. Gemessene Werte bei 2,4 GHz:
| Hindernis | Zusatzdämpfung (dB) |
|---|---|
| Trockenbau (einfach) | 2 – 4 |
| Glasfenster (ohne Folie) | 2 – 6 |
| Holzregal/Palette | 3 – 8 |
| Ziegelwand | 8 – 12 |
| Betonwand 100 mm | 12 – 20 |
| Metallregal/Stahltür | 20 – 30 (oft blockiert) |
| Körper (im Weg) | 3 – 5 |
| Tiefkühler/Kaltwand | 10 – 20 |
| Karton (gestapelt) | 1 – 3 |
Regel: Steht ein Beacon *im* Metallregal, gehen Sie von weggefallener Sichtlinie aus und planen Sie einen externen Repeater oder ein zweites Gateway. Metall ist kein “schwaches Signal”, es ist ein Faradayscher Käfig.
Die Feldmess-Schleife
Das Modell bringt Sie zu 80 %; der Survey schließt die letzten 20 %.
for jede Kandidatenposition P des Gateways:
Test-Beacon mit bekannter Tx-Leistung platzieren
Gitternetz von Punkten (1–2 m) um P ablaufen
RSSI am Gateway >= 30 s an jedem Punkt loggen
Median-RSSI und Detektierbarkeit (gesehen/gesendet) rechnen
if Detektierbarkeit < 0.99 am Rand:
P verschieben, Tx erhöhen oder Gateway ergänzenWerkzeuge: Handy mit nRF Connect für Schnellchecks, dedizierter Sniffer (nRF52840) für Bodenwahrheit, und ein Gateway, das RSSI + Zeit loggt. Sample auf allen drei Advertising-Kanälen (37/38/39) — ein von WiFi blockierter Kanal halbiert die Detektierbarkeit.
Gateway-Platzierung, die der Realität standhält
- Montiere 2,5 – 3,5 m an Decken; höher ist nicht immer besser (Richtung Boden, wo Tags sind)
- Halte 0,3 m frei von Metall über und hinter der Antenne — ein Stahldeck flacht das Richtdiagramm ab
- Rotiere Kanalzuweisungen zwischen benachbarten Gateways, um Co-Kanal-Wiederverwendung zu trennen
- Achtung “Deckenplatten-Falle”: das Raster ist bequem, liegt aber oft unter Kanälen und Kabeln, die dämpfen
- Bei hohen Regalen Gateways *zwischen* Gängen auf mittlerer Höhe, nicht nur am Rand
Abdeckungskontur und Überlappung
Ein einzelnes Gateway, das ein Tag hört, ist fragil. Plane N-fache Überlappung — mindestens zwei Gateways über Schwellenwert an jedem Punkt der kritischen Zone:
coverage_ok(punkt) = count(Gateways mit RSSI(punkt,gw) > -85 dBm) >= 2Eine Heatmap ist coverage_ok() auf einem Gitter ausgewertet und eingefärbt. Der Überlappungsfaktor tauscht Gateway-Anzahl gegen Robustheit; im Lager braucht 2x oft 30–50 % mehr Gateways als 1x, eliminiert aber den Single-Point-Failure.
Interferenz und Co-Kanal-Last
BLE-Advertising teilt 2,4 GHz mit WiFi, Zigbee und Mikrowellen. Man kann es nicht vermeiden, aber den Biss reduzieren:
- Nutze alle drei ADV-Kanäle; ein AP auf Kanal 1 schadet v. a. ADV 37, Kanal 6 den 38, Kanal 11 den 39
- Halte Gateway-WiFi auf Kanal 1/6/11 und versetze sie; nie ein WiFi-AP *über* der Gateway-Antenne
- Mikrowellen spiken -60 dBm Rauschen für 30 s — Tags nahe der Pause brauchen nähere Gateways oder anderes Band
Kapazität: wie viele Beacon pro Gateway
Ein Gateway bei 100 % Duty hört etwa sein Airtime-Budget. Bei 500 ms Intervall und 31-Byte-Paketen belegt ein Beacon ~0,05 % Airtime — theoretisch passen Hunderte. Praktisch deckeln Scan-Fenster und CPU des Gateways:
| Scan-Fenster | Beacon @ 500 ms | Hinweis |
|---|---|---|
| 50% | ~1500 | Hohe CPU, mehr Verlust |
| 25% | ~800 | Ausgeglichen |
| 10% | ~300 | Sicher, wenig Strom |
Eine dichte Zone unter Scannen erhöht die Verlustwahrscheinlichkeit (siehe Kollisionen im Dichte-Artikel). Bei Zweifel: Zone teilen.
Pro Zone kalibrieren, nicht global
Der größte Survey-Fehler ist ein globales n. Eine Lobby ist n=2,2; der Tiefkühler dahinter n=4,5. Miss n und sigma pro Zone im Walk Test und speichere ein zonenbasiertes Modell:
zone_model[zone_id] = fit_path_loss(sample_punkte_der_zone)Das Gateway lokalisiert und markiert schwache Lesungen mit dem richtigen Exponenten für den Tag-Standort.
Validierung vor der Abnahme
Nach der Installation den Walk Test mit Produktions-Beacon bei Produktions-Tx wiederholen. Nur annehmen, wenn:
- Detektierbarkeit ≥ 99 % an jedem Abdeckungspunkt
- Der Ziel-Überlappungsfaktor in kritischen Zonen hält
- Kein Gateway dauerhaft eine Verlustrate über seinem Budget zeigt
Ein Bluetooth Beacon, das das Modell besteht, aber im Feld fällt, ist ein Planungsfehler, kein Hardwarefehler.
Feld-Checkliste
- [ ] `n` und `sigma` pro Zone gemessen, nicht angenommen
- [ ] Metallregale/Tiefkühler markiert und entschärft
- [ ] Gateway-Antennen frei von Metall, Kanäle rotiert
- [ ] 2x Überlappung in kritischen Zonen
- [ ] Alle 3 ADV-Kanäle im Survey gesampelt
- [ ] Produktions-Tx in finaler Validierung
- [ ] Verlustbudget vereinbart und eingehalten
Ein so geplantes Bluetooth Beacon-Netz kostet etwas mehr Survey-Zeit und landet viel günstiger bei Service-Einsätzen. Erst messen, einmal montieren.
