في هذه المقالة, نريد في المقام الأول التعامل مع تنفيذ وتخطيط التطبيقات المقابلة والبنية التحتية للإشارات. التطبيقات على أساس منارات BLE أصبحت شائعة بشكل متزايد. هذه التطبيقات, خاصه, تقود حاليًا الحاجة إلى التخطيط المنظم. في هذا الطريق, تستمر تقنية البلوتوث في التطور كموضوع في مشاريعنا وتستمر في أن تصبح أكثر أهمية.
باستثناء هذه التحفظات المبررة, يمكن أن يوفر استخدام تطبيقات Bluetooth قيمة مضافة حقيقية. كما هو الحال مع كل تطبيق, ويجب النظر في الحالة الفردية. على عكس الكثير مما نعتبره في استشاراتنا اليومية الكلاسيكية, فمثلا, تطبيقات المنارة في الصناعة وخاصة في الإنتاج نادرة إلى حد ما. في مناطق أخرى, فمثلا, حيث يعد الهاتف الذكي أداة مركزية, كما هو الحال في بيئة المكتب, قد يبدو هذا مختلفًا بشكل كبير. وبالتالي, نظرة على النطاق, فائدة ونهج التخطيط لمثل هذه التطبيقات, والتي قد تكون ضرورية, ذات صلة ومفيدة.
للبلوتوث نفسه, عادةً ما يكون الهاتف الذكي أو الاتصال بنظام واسع الانتشار ومتوفر أساسًا مهمًا. اختيار التطبيقات المتاحة, وبالتالي, يتجاوز اتصالات الهاتف الذكي إلى نظام التحدث الحر أو سماعة الرأس أو من الكمبيوتر المحمول إلى الأجهزة الطرفية المختلفة. هناك المزيد والمزيد من التطبيقات التي تجد طريقها إلى المباني الحديثة على أساس البلوتوث.
إذا كان المزيد والمزيد من التطبيقات (على سبيل المثال. تطبيقات الهواتف الذكية) تعتمد على إشارات BLE وتتطلب بنية تحتية مناسبة للمنارات, أصبح التخطيط لإمدادات البلوتوث ذا أهمية متزايدة. ينبغي دائمًا تنفيذ التخطيط المنظم, خاصة إذا كانت متطلبات الإنتاج الحرجة تنطبق هنا.
في هذا السياق, وهذا لا يتعلق فقط بالجوانب الأساسية مثل وضع جهاز الإرسال والاستقبال. الجوانب الأخرى التي نعرفها من تخطيط الشبكة الكلاسيكي تلعب أيضًا دورًا متزايد الأهمية.
ولعل المثال الأكثر أهمية هنا هو الأمن. في ضوء الثغرات الأمنية المنشورة حاليًا في العديد من تطبيقات Bluetooth, يصبح هذا واضحا مرة أخرى. التشفير المستخدم في تقنية Bluetooth ضعيف. في تطبيقات المنارة النموذجية, قد لا يكون هذا في كثير من الأحيان ذا صلة. ومع ذلك, بمجرد أن تلعب الاستخدامات الأخرى للبلوتوث دورًا, إدارة الأمن لها أهمية مماثلة.
الأساسيات التقنية للبنية التحتية للمنارة
يوجد حاليًا عدد كبير من معايير المنارات المختلفة, الأربعة الأكثر شهرة منها هي آي بيكون, إديستون, uiBeacon, وALT-منارة. المعياران الأولان لهما أهمية خاصة لأنهما مدعومان من شركة Apple (iBeacon) وجوجل (إديستون). لا يهم ما إذا كان المستخدم يستخدم iPhone, نظام التشغيل Android أو Windows على أجهزتهم المحمولة. يتم فهم الإشارات من قبل جميع الأجهزة. تم دعم بروتوكول iBeacon منذ إصدار Android 4.3.
نظرًا لأن بروتوكولات المنارة المختلفة كلها جزء من معيار Bluetooth منخفض الطاقة, الهيكل مشابه جدًا. لذلك تم توضيح حزمة بيانات iBeacon بمزيد من التفاصيل. يعد هذا جزءًا من حمولة Bluetooth منخفضة الطاقة, والتي بدورها جزء من وحدة بيانات البروتوكول (PDU) من إطار بليه الفعلي. هذا يعني ذاك 31 بعيدا عن المكان 47 يمكن استخدام البايتات لبيانات iBeacon ضمن إطار BLE واحد. تبدو كمية البيانات صغيرة, لكن مفهوم المنارات يتطلب أن يكون الذكاء موجودًا في التطبيق وليس في المنارة نفسها.
بنية بيانات إطار iBeacon داخل Bluetooth Low Energy
بغض النظر عن البروتوكولات الفردية, تقدم المنارات دائمًا عدة أجزاء من المعلومات التي ترسلها على فترات زمنية محددة. هذه هي قيم المعرف الفريد العالمي (UUID), رائد, تحت السن القانوني, وتكس باور. السابق لديه حجم بيانات قدره 128 بت. وينتج عنه 160 بتات من بيانات المستخدم التي يمكن إرسالها باستخدام منارة. وهذا يتيح هيكلة جيدة للمعلومات المختلفة لمجموعة متنوعة من التطبيقات. فمثلا, يمكن أن يشير UUID إلى الشركة, رئيسي إلى مبنى وقاصر إلى موقع محدد داخل المبنى.
تعد قيمة TX Power مسؤولة عن قدرة الجهاز النهائي على تقدير المسافة إلى المنارة. هناك, ينقل الجهاز المعلومات حول قوة الإشارة الخاصة به في شكل مكملين. هكذا, فمثلا, القيمة 0xC8 = 200, تكملة اثنين = 256-200 = 56 وبالتالي قوة الإشارة المشفرة -56 ديسيبل من إشارة المنارة. هذا مؤشر لمؤشر قوة الإشارة المستلمة (RSSI) ويشير إلى مدى قوة الإشارة عندما يتم قياسها على بعد متر واحد من الجسم. بالتاكيد, لا تؤخذ الظروف الحالية بعين الاعتبار هنا. يمكن أن يؤثر وجود جدار أو شخص بين المنارة وجهاز الاستقبال بقوة على شدة المجال المقاسة. بالنسبة لمستقبل الإشارة, ولا يمكن رؤية ما إذا كانت الإشارة بعيدة أم لا, سواء كان صدى إشارة هي في الواقع أقرب, أو ما إذا كان هناك عائق بين المرسل والمستقبل. ومع ذلك, تتيح هذه القيمة تحسين دقة تحديد الموقع لتحديد الموقع فيما يتعلق بموضع المنارة.
تطبيقات المنارة في المباني الحديثة
في المباني الحديثة, هناك المزيد والمزيد من التطبيقات التي تتطلب اتصال البيانات بالإضافة إلى الاتصالات المكتبية الكلاسيكية. ونحن هنا لا نعني فقط الارتباط بمحيط مكان العمل, مثل الفأرة, لوحة المفاتيح أو سماعة الرأس.
غالبًا لا يتطلب الاتصال بالعديد من الأجهزة الطرفية الأخرى الشبكة السلكية الكلاسيكية. غالبًا ما يكون الاتصال عبر شبكة WLAN هو الحالة القياسية هنا. وحتى في مشاريع العملاء حيث لا تزال الشبكة السلكية هي السائدة, غالبًا ما يكون الاتجاه نحو التطبيقات اللاسلكية واضحًا. بالفعل اليوم, ولكن بشكل خاص في بناء المستقبل, يمكن الافتراض أن المزيد والمزيد من الأجهزة الطرفية متصلة لاسلكيًا. ومن نتائج هذا التطور, خاصه, غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى تغطية واسعة النطاق لشبكة WLAN. بناء على هذه الحقيقة, تتطلب سلسلة كاملة من تطبيقات Bluetooth المستندة إلى إشارات BLE اتصال بيانات ثانٍ باستخدام الشبكة الخلوية أو شبكة WLAN.
تطبيق منارة BLE النموذجي ليس وحده ولكنه يتطلب اتصال بيانات إضافي. يمكن الوصول إلى الخدمات والخدمات المتوفرة على الشبكة كما هو موضح. في حالة الشك, ويجب تخطيط هذا الاتصال وتوفيره.
يعد التطبيق المعتمد على الموقع هو التطبيق الأكثر وضوحًا للإشارات. لهذا الغرض, فمثلا, في منطقة البيع بالتجزئة مع العديد من المنارات, جرت محاولة لتحليل سلوك الشراء للعملاء والتأثير عليه. هذه “التسويق عن قرب” لم يحقق نجاحًا يذكر, على الأقل في أوروبا, ويظهر الآن المزيد والمزيد من أنظمة الملاحة الداخلية بدلاً من ذلك, مما يسهل على المستخدمين العثور على طريقهم في مبنى غير معروف.
وتذهب الفكرة في بناء المستقبل إلى حد أن المصعد يستخدم أجهزة الاستشعار الخاصة به للإبلاغ عن توقع وجود خلل قريبًا وإبلاغ فني الخدمة. يدخل هذا إلى المبنى ويتلقى تلقائيًا تصاريح القفل المطلوبة لأقفال الأبواب الإلكترونية ويتم توجيهه بواسطة التطبيق إلى غرفة الخدمة المقابلة باستخدام إشارات البلوتوث. كان هناك, ترتبط الإشارة الموجودة على المصعد بدليل الخدمة الحالي للجهاز ويمكن للفني استدعاء تاريخ الصيانة والإصلاحات السابقة.
مجالات تطبيق التكنولوجيا متنوعة و, بسبب سهولة التعديل التحديثي, مثيرة للاهتمام أيضًا للبنية التحتية الحالية للمنارة.
أي شخص زار العيادة في آخن من قبل سيقدر قيمة التنقل الداخلي من أجل العثور على طريقه عبر الممرات المتعرجة. هناك, وقد تم تجهيز بعض المحطات بإشارات وبالتالي تمكين الملاحة الجزئية للمريض. للأسف, ولم تكن العيادة بأكملها مجهزة بإشارات, ولكن فقط في مناطق قليلة جداً. كدليل على المفهوم, مشروع مثير للاهتمام, ولكن من دون توسع شامل, لن يكون من الممكن تحقيق قبول المستخدم.
بالمثل, يمكن بسهولة توسيع المتحف باستخدام إشارات على المعروضات ويمكن استبدال الأدلة الصوتية السابقة بتطبيق المتحف. وهذا يتيح أيضًا ولاء العملاء بما يتجاوز الزيارة الفردية. تظهر الأبحاث أن العديد من المستخدمين يتركون التطبيق على أجهزتهم المحمولة بعد زيارته. هذه, بالمقابل, تمكن المشغل من إبلاغ الزائر بالمعارض أو العروض الترويجية الجديدة.
يمكن للمعرض التجاري أيضًا الاستفادة من هذه التكنولوجيا. لا يتيح تطبيق المعرض التجاري المزود بتقنية BLE إمكانية التنقل الداخلي أو توجيه المعرض التجاري للمستخدم فحسب، بل يوفر أيضًا للمشغل الفرصة لتحليل تدفق الزوار والتحكم فيه. If a hall is overcrowded, users may be grateful to be informed that another hall currently has hardly any visitors.
بالتاكيد, it can then be experienced for the app user that in the supposedly empty hall all the users are romping around without the smartphone and trade fair app, which the system has not “seen”. On the basis of the typical user behavior (or according to the statistical mean) and with the appropriate software, ومع ذلك, a correspondingly good prediction can often be made.
The area-wide supply of a building with beacon technology also offers a multitude of new usage concepts. A meeting room that has not been used does not need to be cleaned (or less often). And a meeting room that is never used could perhaps be put to better use. يمكن استخدام بيانات مجهولة لهذا الغرض من أجل الحصول على ملف تعريف الاستخدام للمنطقة المقابلة.
تحديد الموقع باستخدام إشارات البلوتوث
هناك ثلاث حالات استخدام مختلفة عند استخدام أجهزة الإشارات, والتي سيتم شرحها بمزيد من التفاصيل أدناه وتظهر بشكل تخطيطي.
طرق مختلفة لاستخدام المنارة; غادر: الملاحة من خلال منارات ثابتة; وسط: التتبع عن طريق تحريك المنارات على الأشياء; حق: مزيج من كلا الطريقتين
يفترض الإعداد المحتمل للملاحة الداخلية أن المنارات موضوعة بشكل ثابت وأن التطبيق يعرف مكان وجود كل منارة. يمكن تحديد الموقع داخل البنية التحتية للمنارة عن طريق التثليث. كقاعدة, يتم استخدام أجهزة الاستشعار الإضافية للأجهزة المحمولة. يمكن دعم تحديد الموقع بواسطة أجهزة استشعار التسارع, والتي يتم تثبيتها في جميع الهواتف المحمولة الحالية.
مع تتبع الأصول, تريد أن تعرف أين تقع المنارات. وبالتالي فإن المكونات التي سيتم توطينها تكون مجهزة بإشارات ويمكن بعد ذلك تحديد موقعها داخل البنية التحتية. في قطاع الرعاية الصحية, فمثلا, يعد هذا حاليًا تطبيقًا وثيق الصلة جدًا ويجب التخطيط له بشكل متكرر أكثر فأكثر. يرغب المشغل في معرفة مكان وجود بعض الموارد.
الفكرة وراء ذلك هي أنه يمكنك استخدامه لتخطيط الموارد بشكل أفضل وقضاء وقت أقل في البحث عن المكون المقابل. من الآثار الجانبية الإضافية أنك تحصل أيضًا على معلومات حول الاستخدام الفعلي. في هذا التطبيق, غالبًا ما يتم استخدام نقاط وصول WLAN المزودة بتقنية BLE الإضافية.
إذا تم استخدام هذه البنية التحتية, يمكنك أيضًا الجمع بين كلتا الطريقتين وتمكين التنقل الداخلي وتتبع الأصول, وبالتالي خلق قيمة مضافة لاستخدام المبنى. Due to the low price of the beacons, this is not associated with high investment costs. You can start to roll out this technology in one area and then expand it bit by bit. ومع ذلك, it must be noted that more beacons do not necessarily improve location accuracy. If there are too many beacon signals, the accuracy decreases again [Li 2015]. To achieve widespread usability, careful planning of the beacon infrastructure is sensible and necessary.
Planning basis of beacon asset tracking
في هذا السياق, asset tracking means a beacon-based tracking of objects, إلخ. The basis for this is usually the tracking of moving Bluetooth beacons that are placed on objects to be tracked. These beacons are localized by appropriate Bluetooth receivers. So you need an infrastructure of BLE receivers that receive the beacons. يمكن للبنية التحتية الأساسية للمنارة تقييم البيانات وتحديد موقع المنارة في النهاية.
تحديد الموقع باستخدام التثليث
من الناحية الفنية والتخطيطية, وهذا يذكرنا جدًا بموقع الأجهزة الطرفية لشبكة WLAN استنادًا إلى قوة إشارة الحزم الخاصة بها باستخدام نقاط الوصول لشبكة WLAN. وعلى النقيض من الموقع باستخدام WLAN, غالبًا ما يكون عدد محطات الاستقبال المطلوبة لـ BLE أقل. فى النهايه, ومع ذلك, وهذا يعتمد على البيئة الهيكلية, متطلبات الدقة للتطبيق ومعلمات الإطار الأخرى. وبالتالي فإن جزءًا من التخطيط يمكن مقارنته بتخطيط شبكة WLAN. تشبه الخلايا الراديوية, ويجب تحديد مناطق التغطية المقابلة وتخطيطها.
لذلك ليس من المستغرب أن العديد من نقاط الوصول إلى شبكة WLAN المتوفرة في البيئات المهنية أصبحت الآن باللون الأزرق أيضًا
إحضار وحدة راديو الأسنان. وبالتالي، تم بالفعل إنشاء البنية التحتية المقابلة لإشارات Bluetooth من خلال البنية التحتية لشبكة WLAN. إلى حد كبير, يعد التخطيط لتطبيقات تتبع الأصول تخطيطًا كلاسيكيًا للبنية التحتية تقريبًا.
تدعم أدوات تخطيط شبكة WLAN الآن الوظائف الأساسية الأولى لتخطيط Bluetooth [openreality.com]. يمكن محاكاة تغطية BLE المشابهة لشبكة WLAN في أداة Ekahau Site Survey الشهيرة. تقتصر الوظيفة حاليًا على عرض الخلايا الراديوية التي يمكن من خلالها استقبال الحد الأدنى من الإشارات ذات قوة الإشارة الكافية. للأسف, الاستنتاج المباشر حول دقة الموقع ليس ممكنًا بعد في الإصدار الحالي.
مطلوب منصة المقابلة لإدارة المنارات, تحديد الموقف وربما وظائف الإدارة الأخرى. هنا ايضا, هناك حلول مقابلة من الشركات المصنعة لشبكة WLAN.
تتيح هذه البنية أيضًا إمكانية مراقبة المنارات التي تعمل بالبطارية. يمكن تبسيط عملية استبدال البطارية المتوقعة بعد سنوات قليلة من التنفيذ حيث يمكن للنظام إرجاع حالة المنارات المثبتة. اعتمادا على معلومات الشركة المصنعة والتكوين, قد تحتاج البطاريات إلى الاستبدال بعد فترة ما بين 3 وحتى 8 سنوات. تنجم المهام التشغيلية الأخرى أيضًا عن ضرورة توثيق البنية التحتية للمنارة والحفاظ على البنية بأكملها. بالاضافة, الجوانب المتعلقة بالسلامة, مثل تحديثات البرامج وإصدارات البرامج الثابتة الحالية, يجب أن تؤخذ في الاعتبار وتنفيذها. ويجب أن تؤخذ الجهود المقابلة في الاعتبار.
بالإضافة إلى الهندسة المعمارية, مهمة أخرى مهمة هي تخطيط التطبيق بناءً عليها. شاملة, لذلك ليس من الضروري فقط توفير التخطيط المنظم لمفهوم البنية التحتية, ولكن أيضا لتنفيذ التطبيق. وهذا يشمل بعد ذلك تحليل المتطلبات, مفهوم تقريبي, تحديد متطلبات البنية التحتية للمنارة (من الدقة المطلوبة إلى منطقة التغطية أو مناطق التغطية) والتفاصيل المقابلة للتطبيق وواجهة المستخدم.
نظرًا لأن الأصل المثبت بشكل دائم يعمل كأساس لبنية Bluetooth لتتبع الأصول, يعد التخطيط المماثل لتخطيط WLAN الكلاسيكي مفيدًا. والنتيجة هي إجراء مشابه لتخطيط شبكة WLAN. يجب أن يؤخذ في الاعتبار هنا أن مواقع منارة التخطيط تتطلب عادةً مسودة أقل. أحد أسباب ذلك هو انخفاض أسعار المنارات ومتطلبات البنية التحتية المنخفضة في الغالب. بالاضافة, في حالة تطبيقات التتبع والتتبع, يتم بالفعل تحديد نسبة معينة مسبقًا من خلال تخطيط شبكة WLAN إذا كان سيتم استخدام البنية التحتية لشبكة WLAN أيضًا.
الجوانب الفردية للتخطيط مبينة في الشكل 5 وبالتالي تشبه تخطيط WLAN الكلاسيكي دون الحاجة إلى نفس العمق. عند تخطيط البنية التحتية, من المهم بالفعل معرفة معلمات التطبيق ومراعاةها, مثل دقة الموقع المطلوبة. ولذلك فمن المفيد في كثير من الأحيان الارتباط مع تطوير التطبيقات. المتطلبات الهامة لتخطيط بنية Bluetooth القائمة على البنية التحتية هي على وجه الخصوص متطلبات التطبيق الذي سيتم تنفيذه باستخدام Bluetooth. فيما يتعلق بتتبع الأصول, وتشمل هذه تغطية المنطقة ودقة الموقع المطلوب. ومن المقرر أن تحدد في أي مبنى (أو التضاريس) المناطق مطلوب دقة المقابلة. وينتج عن هذا بعد ذلك الكثافة المطلوبة لمستقبلات بليه المستخدمة للموقع.
هيكل تخطيط البلوتوث المماثل لتخطيط الشبكات المحلية اللاسلكية (WLAN).
التنقل في أساسيات التخطيط / التطبيقات القائمة على التطبيق
على النقيض من موقع الكائنات المجهزة بمنارة الموصوفة أعلاه, لا يتطلب تحديد الملاحة أو الموقع النموذجي في تطبيق الهاتف الذكي بنية تحتية واسعة النطاق للمنارة.
The Bluetooth beacons typically form the infrastructure here. هذه, supplemented by a corresponding service in the network, is sufficient for location determination. The smartphone or app receives several beacons. على هذا الأساس, a corresponding service can then calculate the position via a data connection, such as WLAN or mobile radio. Even if an infrastructure comparable to WLAN access points is not required, a certain architecture is still required. Availability requirements arise accordingly on the backend. These may be comparable to the requirements for other network infrastructure.
To determine the exact position, the smartphone must receive and evaluate a sufficient number of BLE beacons. Depending on the manufacturer, it can also make sense here to use the Bluetooth modules installed in WLAN access points to monitor the beacons in order to control the operating expenditure by monitoring the beacons.
على نفس المنوال, the Bluetooth transmitters in access points can often be used as beacons. The WLAN infrastructure, وبالتالي, fulfills an additional purpose and thus forms a non-battery-operated basic supply with beacons. Special manufacturer-specific special shapes are also worth mentioning. فمثلا, Cisco offers so-called beacon points. In combination with the backend infrastructure from the same manufacturer, this enables the flexible placement of “virtual” beacons by means of a corresponding wired BLE infrastructure. Sector antennas with corresponding reception characteristics and hardware and software are used to make different beacons receivable depending on the position in the room. The system behind it then calculates the position.
على كل حال, planning and testing should take place before implementation. The different accuracy requirements make a corresponding difference in implementation. When planning the beacon positions in the case of classic app-based location and navigation, there is a clear difference to the planning procedure for WLAN planning. This is mainly due to the fact that typically no classic infrastructure or that is only built up to a limited extent (حسب الشركة المصنعة).
This eliminates points such as the planning of the passive infrastructure as part of position planning. ومع ذلك, framework parameters and requirements have to be defined, since the area coverage and the requirements for location accuracy have to be taken into account when choosing the beacon positions. It should also be noted here that in many cases, in particular in the case of battery-operated beacons, subsequent adaptation or supplementation by additional beacons is possible with comparatively little effort.
ملخص
It clearly shows that Bluetooth is becoming increasingly relevant due to the associated applications. And even though the technology works quite detached from other network beacon infrastructure technologies in many applications, a closer look, and thus structured planning is useful and useful.
يبدأ هذا بتخطيط التطبيقات ويستمر حتى تخطيط التأثير على تقنيات الشبكات مثل شبكة WLAN. لا يمكن لتخطيط البلوتوث أن يتجاهل الجوانب الكلاسيكية لتخطيط الشبكة, مثل تحليل المتطلبات, تعريف مناطق العرض, إلخ.
إذا كنت تخطط حاليًا لإنشاء بنية تحتية لشبكة WLAN, يجب عليك التعامل مع تكنولوجيا المنارة, لأنه يمكن أن يمثل قيمة مضافة كبيرة للاستخدام بتكاليف استثمارية منخفضة. برنامج التخطيط الكلاسيكي حاليًا قادر جزئيًا فقط على إنشاء محاكاة واقعية للبنية التحتية لـ BLE. ومع ذلك, سيكون هذا ممكنًا قريبًا بوتيرة متزايدة و, فوق الكل, اكتساب مستوى التفاصيل. يمكن الآن العثور على الأساليب الأولى لخيارات التخطيط المطلوبة في البرنامج المقابل.
حسب التطبيق, يمكن أن يكون تخطيط البنية التحتية للمنارة للتطبيقات أقل من الشبكة التقليدية, نظرًا لأن التركيز غالبًا ما يكون على البرنامج أو تطبيق الهاتف الذكي. لذلك لا ينبغي التقليل من أهمية أن المسؤولية التشغيلية غالبًا ما تُرى في تكنولوجيا المعلومات. على أبعد تقدير، عندما يكون الاتصال عبر شبكة WLAN أو دعم BLE من خلال البنية التحتية لشبكة WLAN مطلوبًا, تنشأ مسؤولية جديدة في قسم تكنولوجيا المعلومات. شاملة, هناك جهد إضافي. لهذا السبب, جدا, يجب أن تلعب تقنية البلوتوث دورًا في التخطيط الحالي والتوجه الاستراتيجي لتكنولوجيا المعلومات وأن تؤخذ بعين الاعتبار.
