Hoe meet je anderhalve meter met bluetooth?

Gepaste afstand Met bluetooth-radiosignalen kun je inschatten of mensen op anderhalve meter afstand van elkaar blijven. Maar hoe betrouwbaar is zo’n draadloos meetlint?

Illustratie Midas van Son
Illustratie Midas van Son

De coronamaatregelen mogen dan versoepeld zijn, afstand houden blijft noodzakelijk. Om te controleren of mensen niet te dicht op elkaar kruipen krijgt een radiotechnologie uit de jaren negentig nieuwe glans: bluetooth wordt een draadloos meetlint.

Bluetoothchips zenden en ontvangen radiogolven om op korte afstand te communiceren, bijvoorbeeld om je telefoon te verbinden met de autoradio of koptelefoon, of de computer met een draadloze muis te bedienen. Afstandsbepaling is lastig, omdat de radiogolven onder wisselende omstandigheden moeten worden gemeten. Toch zit deze meettechnologie al in honderden miljoenen telefoons.

Techbedrijven Apple en Google ontwikkelden op basis van bluetooth een systeem voor blootstellingswaarschuwingen, voor alle smartphones die sinds 2016 op de markt zijn. Dit systeem is bedoeld voor ontwikkelaars, die er een eigen traceer-app mee kunnen bouwen. Ook de Nederlandse overheid werkt aan zo’n app gebaseerd op bluetooth.

Lees ook: De nieuwe corona-app is een balanceeract tussen te streng en te soft

Knullige app

Tegelijk maken werknemers kennis met bluetoothmeting op de werkvloer: bedrijven experimenteren met speciale zendertjes om personeel met een piepje of een trilling uit elkaar te houden. Sommige apparaten, zoals de Nederlandse Coronatracer, registreren wie bij wie in de buurt was. In het geval van een coronabesmetting is dan snel duidelijk welke medewerkers in quarantaine moeten en hoeft niet het hele bedrijf te sluiten.

„De techniek is niet perfect, maar ook niet waardeloos”, zegt David Young aan de telefoon. Hij is een Amerikaanse ontwerper die zich specialiseerde in bluetoothtechnologie en momenteel werkt aan meerdere corona-apps.

Hij ergert zich aan de „knullige” afstands-app 1point5 (ontwikkeld onder auspiciën van de Verenigde Naties) die lukraak reageert op elk bluetoothsignaal en vaak vals alarm slaat. Young: „Zo’n app geeft deze technologie een slechte naam. Onterecht. Want als één iemand niet weet hoe een meetlint werkt, betekent dat niet dat de rest van de wereld geen meetlint meer hoeft te gebruiken.”

Hoe maak je van een bluetoothzender dan wel een nuttige afstandsmeter?

Draadloze oortjes

Bluetooth is een radiotechnologie die gebruikmaakt van de 2,4 GHz-frequentie, te vinden in elke smartphone. Elektromagnetische golven leggen draadloze verbindingen tussen apparaten zoals toetsenborden of AirPods en andere oortjes. Het bereik van een bluetoothsignaal is onder ideale omstandigheden tientallen meters, maar het signaal wordt op reis door de lucht al snel zwakker. De energie van radiostralen vermindert met de afstand. Bij een twee keer zo grote afstand, wordt het signaal vier keer zo zwak. Hetzelfde effect doet zich voor bij licht; ook elektromagnetische straling, maar dan met een veel hogere golflengte. De koplampen van een naderende auto lijken ’s nachts steeds feller. Ook dat gaat omgekeerd kwadratisch: als de auto twee keer zo dichtbij is, zijn de koplampen vier keer zo fel.

Lees ook: Column Marc Hijink: De afstandsapp werkt voor geen meter

De bluetoothzender van een telefoon stuurt een paar keer per seconde een signaal, de ontvangende telefoon meet de sterkte van dit signaal in de bluetoothchip. Radio-experts drukken die sterkte uit in dBm (decibelmilliwatt). Dat wordt vastgelegd in de rssi, de received signal strength indicator. Als je het zendvermogen weet – ook uitgedrukt in dBm – kun je de afstand uitrekenen.

Door die omgekeerde kwadraten zijn verschillen op grotere afstand moeilijk te onderscheiden. Dichterbij werkt het sommetje beter. David Young: „Kun je met bluetooth het verschil waarnemen tussen 1,50 of 1,60 meter? Absoluut niet. Maar je kunt wel met 95 procent zekerheid zeggen dat iemand op ongeveer twee meter afstand staat.”

 

 

Fragmentatie

Wat afstandsmetingen tussen smartphones lastig maakt is de grote variatie in toestellen. Voor Apple is het nog te overzien – er is een handjevol verschillende iPhones in omloop – maar Android telt tienduizenden verschillende modellen. Elk toestel heeft een ander bluetoothzendvermogen.

Lees ook: Apple en Google openen telefoon voro corona-apps

In het traceersysteem van Apple en Google verklappen telefoons niet welk model ze zijn, om de privacy te waarborgen. Wel wordt informatie over het zendvermogen meegestuurd, om de afstandsberekening te verbeteren.

De verschillen zijn groot. Onderzoekers in Singapore, waar al een corona-app in gebruik is, testten de bluetoothsignaalsterkte van 18 toestellen op 2 meter afstand. In een laboratoriumsituatie genereert een iPhone X op 2 meter afstand -50 dBm, een Samsung S8 minder dan -75 dBm. Hoe groter de (negatieve) waarde in dBm, hoe lager de gemeten signaalsterkte. De S8 heeft in dit voorbeeld dus een minder krachtig bluetoothsignaal – belangrijk voor de afstandsbepaling.

Goedkope telefoons

Young: „Dit vergt veel testwerk, maar als je een beeld hebt van 95 procent van de meest gebruikte toestellen, kom je een heel eind.” Google zegt desgevraagd het zendvermogen van enkele honderden telefoons getest te hebben.

Maar er zijn meer variabelen. De bluetoothsensor die de signaalsterkte waarneemt, is niet altijd goed afgesteld, zegt Young – zeker bij goedkope telefoons. Daarnaast kunnen resultaten fluctueren omdat bluetooth via verschillende kanalen communiceert. Dat is te corrigeren door over een langere tijdsduur te meten.

De antenne is ook niet in alle richtingen even krachtig. Dat betekent dat de signaalsterkte wijzigt als je het toestel anders vasthoudt. Ook muren, hoesjes en de gebruiker zelf beïnvloeden radiostralen. Young: „Het menselijk lichaam is een hindernis, een grote zak geleidend zout water.” Het maakt veel uit of je je toestel in je broekzak draagt of op tafel legt.

Zoveel onzekerheden maken exacte afstandsbepaling onmogelijk, maar er is wel een indicatie óf mensen bij elkaar in de buurt waren. Het Apple/Google-systeem rapporteert geen meters, maar een combinatie van de verzonden en gemeten signaalsterkte, opgedeeld in acht segmenten (risk attenuation value): de hoogste waarde boven -10 dBm (dichtbij), de laagste onder -73 dBm (ver weg).

Ook de tijdsduur van het contact wordt vastgelegd, in segmenten van meer dan 30 minuten tot minder dan 5 minuten. Het is aan de gezondheidsorganisaties, per land verschillend, om te bepalen wat ze een riskante ontmoeting achten.

Bluetooth op borsthoogte

In tegenstelling tot de wispelturige telefoons zijn losse bluetoothzenders beter te gebruiken voor afstandsmeting. Dit soort draagbare radiootjes hebben als voordeel dat je alles weet van het zendvermogen en ook hun positie is beter te controleren.

Op het kantoor van Safedrivepod in Oosterbeek, vlak bij Arnhem, staan de kartonnen dozen hoog opgestapeld. Normaal gesproken zitten daar bluetoothzendertjes in die in de gaten houden of je je telefoon niet aanzet terwijl je rijdt.

Voor de coronacrisis heeft het bedrijf de elektronica omgekat in een bluetooth-ketting die contactmomenten registreert tussen werknemers. De Safedrivepod, nu omgedoopt in Coronatracer, wordt bij verschillende Europese bedrijven uitgeprobeerd, waaronder een autofabriek.

Lees ook: Bluetooth-ketting volgt bewegingen van werknemers

Gadgets als de Coronatracer gebruiken identieke bluetoothzenders. Door de apparaten op een vaste manier te dragen, op borsthoogte, is de antenne stabieler. Dat levert een behoorlijk voorspelbaar systeem op, zegt Erik Damen, technisch directeur van Safedrivepod. Om te weten bij welke signaalsterkte mensen op anderhalve meter van elkaar staan, testte hij een groep van tien personen, gevolgd door een test met honderd mensen.

Rug aan rug staan

Het resultaat is een niervormige grafiek, rondom het lichaam; aan de voorkant wordt -80 dBm op drie meter afstand gemeten, aan de achterkant al op 35 centimeter. Staan twee werknemers rug aan rug, dan slaan hun trackers minder snel uit. Damen: „Qua straling lijkt het patroon alsof je een fietslampje om je nek hebt hangen. Dat is het effect van het menselijk lichaam – je postuur maakt daarbij niet veel uit.”

Het systeem is gekalibreerd op 2,5 meter, die grens ligt op -71 dBm signaalsterkte. Het zendvermogen is wat teruggeschroefd om energie te besparen.Plexiglas blokkeert het signaal niet, een deur wel. Damen: „Alleen als beide kanten tegen de deur aangedrukt staat, zien de zenders elkaar.” Wat niet goed werkt: als je de bluetoothzender in je broekzak draagt en aan tafel gaat zitten eten of vergaderen: „Onder tafel storen de reflecties. Op borsthoogte blijft de beste plek.”

De bluetoothsystemen leggen ook de duur van de nabijheid vast. In het Apple/Google-systeem zenden telefoons elke 200 tot 270 milliseconden een signaal uit. De Coronatracer verzendt elke 200 milliseconden een signaal en zoekt elke 10 seconden 250 milliseconden lang of er tracers in de buurt zijn.

Identiteit van de gebruikers

Het RIVM omschrijft ‘nauwe contacten’ als personen die langer dan 15 minuten minder dan anderhalve meter afstand hadden met een patiënt. De Coronatracer turft ontmoetingen tussen alle apparaten, zonder de identiteit van de gebruikers prijs te geven. Negentig ‘tikken’ van tien seconden, gemeten binnen één dag, gelden als nauw contact.

Er is één maar: medewerkers zijn niet verplicht te melden dat ze corona hebben – dat is medisch geheim. Maar de meeste mensen willen wel op vrijwillige basis meedoen, denkt Damen.

Deelnemers moeten overtuigd zijn van het nut van traceer-apps, beaamt David Young: „Critici zeggen dat bluetooth niet exact genoeg is en daarom veel valse positieven en negatieven genereert. Daar gaat het niet om. Voor contactonderzoek is het belangrijk te weten of mensen behoorlijk dicht bij elkaar waren. En daarvoor is bluetooth dus prima geschikt.”