Fundamentos técnicos de la infraestructura de baliza Bluetooth

Infraestructura de baliza

En este articulo, principalmente queremos ocuparnos de la implementación y planificación de las aplicaciones correspondientes y la infraestructura de baliza. Aplicaciones basadas en Balizas BLE son cada vez más comunes. Estas aplicaciones, en particular, Actualmente están impulsando la necesidad de una planificación estructurada. De este modo, Bluetooth continúa desarrollándose como tema en nuestros proyectos y continúa adquiriendo mayor importancia..

Excepto por tales reservas justificadas, El uso de aplicaciones Bluetooth puede ofrecer un valor añadido real. Como con cada aplicación, el caso individual debe ser considerado. En contraste con gran parte de lo que consideramos en nuestra clásica consultoría del día a día., por ejemplo, Las aplicaciones de balizas en la industria y especialmente en la producción son bastante raras. En otras areas, por ejemplo, donde un teléfono inteligente es una herramienta central, como en el entorno de oficina, esto puede verse significativamente diferente. Por lo tanto, una mirada al alcance, El beneficio y el enfoque de planificación de tales aplicaciones, que puede ser necesario, es relevante y útil.

Para el propio Bluetooth, El teléfono inteligente o la conexión con un sistema correspondientemente extendido y disponible suele ser una base importante. La selección de las aplicaciones disponibles., por lo tanto, va más allá de las conexiones del teléfono inteligente al sistema manos libres o al auricular o de la computadora portátil a varios dispositivos periféricos. Cada vez hay más aplicaciones que están llegando a los edificios modernos a través de Bluetooth.

Si hay más y más aplicaciones (p.ej. aplicaciones para teléfonos inteligentes) se basan en balizas BLE y requieren una infraestructura de baliza adecuada, la planificación del suministro de Bluetooth es cada vez más importante. La planificación estructurada siempre debe llevarse a cabo., especialmente si los requisitos críticos de producción se aplican aquí.

En este contexto, esto no solo concierne a los aspectos básicos, como la ubicación del transmisor y el receptor. Otros aspectos que conocemos de la planificación clásica de redes también están desempeñando un papel cada vez más importante..

Quizás el ejemplo más importante aquí es la seguridad. En vista de las brechas de seguridad publicadas actualmente en muchas implementaciones de Bluetooth, esto se vuelve obvio una vez más. La encriptación utilizada bajo Bluetooth es vulnerable. En aplicaciones típicas de balizas, esto a menudo puede no ser tan relevante. sin embargo, tan pronto como otros usos de Bluetooth jueguen un papel, la gestión de seguridad es de importancia correspondiente.

Fundamentos técnicos de la infraestructura de balizas

Actualmente hay una gran cantidad de diferentes estándares de baliza, los cuatro más conocidos son iBeacon, Eddystone, uiBeacon, y ALT-Beacon. Los dos primeros estándares son particularmente relevantes porque son compatibles con Apple (iBeacon) y Google (Eddystone). No importa si el usuario está usando un iPhone, Sistema operativo Android o Windows en su dispositivo móvil. Todos los dispositivos entienden las señales.. El protocolo iBeacon ha sido compatible desde la versión de Android 4.3.

Dado que los diferentes protocolos de balizas son parte del estándar Bluetooth de baja energía, la estructura es muy parecida. Por lo tanto, el paquete de datos de iBeacon se ilustra con más detalle.. Esto es parte de la carga útil Bluetooth Low Energy, que a su vez es parte de la Unidad de Datos de Protocolo (PDU) del marco BLE real. Esto significa que 31 fuera de 47 los bytes se pueden usar para los datos de iBeacon dentro de un marco BLE. La cantidad de datos parece pequeña., pero el concepto de balizas requiere que la inteligencia esté en la aplicación y no en la baliza en sí.

La estructura de datos del marco iBeacon dentro de Bluetooth Low Energy

infraestructura de baliza

Independientemente de los protocolos individuales, las balizas siempre ofrecen varias piezas de información que envían a intervalos fijos. Estos son los valores para el identificador universalmente único (UUID), Mayor, Menor, y TX Power. El primero tiene un volumen de datos de 128 pedacitos. Esto resulta en 160 bits de datos de usuario que pueden transmitirse utilizando una baliza. Esto permite una buena estructuración de información diferente para una variedad de aplicaciones.. Por ejemplo, el UUID puede referirse a la empresa, mayor a un edificio y menor a una posición específica dentro del edificio.

El valor de TX Power es responsable de que el dispositivo final pueda estimar la distancia a la baliza. Ahí, el dispositivo transmite la información sobre su propia intensidad de señal en forma de complemento de dos. Así, por ejemplo, el valor 0xC8 = 200, complemento de dos = 256-200 = 56 y, por lo tanto, una intensidad de señal codificada de -56 dBm de la señal de baliza. Este es un indicador del indicador de intensidad de señal recibida (RSSI) e indica qué tan fuerte debe ser la señal cuando se mide a un metro del objeto. Por supuesto, las circunstancias realmente existentes no se tienen en cuenta aquí. Una pared o una persona entre la baliza y el receptor pueden influir fuertemente en la intensidad de campo medida. Para el receptor de la señal, no se puede ver si la señal está muy lejos, si es el eco de una señal lo que realmente está más cerca, o si hay un obstáculo entre el transmisor y el receptor. sin embargo, Este valor permite una precisión de posicionamiento mejorada para la determinación de la posición en relación con la posición de la baliza.

Aplicaciones de balizas en edificios modernos.

En edificios modernos, cada vez hay más aplicaciones que requieren una conexión de datos además de la comunicación clásica de oficina. Aquí no solo nos referimos a la conexión de la periferia del lugar de trabajo, como el mouse, teclado o auriculares.

La conexión para muchos otros dispositivos finales a menudo no requiere la red cableada clásica. Una conexión a través de WLAN ahora es a menudo el caso estándar aquí. E incluso en proyectos de clientes donde predomina la red cableada, La tendencia hacia las aplicaciones inalámbricas es a menudo evidente.. Ya hoy, pero especialmente en la construcción del futuro, se puede suponer que cada vez más dispositivos finales están conectados de forma inalámbrica. Una consecuencia de este desarrollo es, en particular, que a menudo se requiere una amplia cobertura de WLAN. Basado en este hecho, Toda una serie de aplicaciones Bluetooth basadas en balizas BLE requieren una segunda conexión de datos mediante celular o WLAN.

Una aplicación típica de baliza BLE no está sola sino que requiere una conexión de datos adicional. Se puede acceder a los servicios y servicios disponibles en la red como se muestra. En caso de duda, esta conexión debe planificarse y proporcionarse.

Una aplicación dependiente de la ubicación es la aplicación más obvia para balizas. Para este propósito, por ejemplo, en el área minorista con muchas balizas, Se intentó analizar e influir en el comportamiento de compra de los clientes.. Esta “marketing de proximidad” ha tenido poco éxito, al menos en Europa, y cada vez aparecen más y más sistemas de navegación interior, lo que debería facilitar a los usuarios encontrar su camino en un edificio desconocido.

La idea en la construcción del futuro llega tan lejos que el elevador usa sus sensores para informar que espera un defecto pronto y notifica al técnico de servicio. Esto ingresa al edificio y recibe automáticamente las autorizaciones de bloqueo requeridas para las cerraduras electrónicas de las puertas y la aplicación lo guía a la sala de servicio correspondiente mediante balizas Bluetooth.. Una vez ahí, una baliza en el elevador enlaza con el manual de servicio actual del dispositivo y el técnico puede consultar el historial de mantenimiento y reparaciones anteriores.

Las áreas de aplicación de la tecnología son diversas y, debido a la facilidad de retroadaptación, También es interesante para la infraestructura de baliza existente.

Cualquiera que haya visitado la clínica en Aquisgrán apreciará el valor de la navegación interior para orientarse por los sinuosos corredores.. Ahí, Algunas estaciones han sido equipadas con balizas y, por lo tanto, permiten la navegación parcial del paciente.. Desafortunadamente, toda la clínica no estaba equipada con balizas, pero solo en muy pocas áreas. Como prueba de concepto, un proyecto interesante, pero sin una expansión integral, la aceptación del usuario difícilmente será alcanzable.

similar, un museo se puede ampliar fácilmente con balizas en las exhibiciones y las guías de audio anteriores se pueden reemplazar por una aplicación de museo. Esto también permite la lealtad del cliente más allá de la visita individual.. La investigación muestra que muchos usuarios dejan la aplicación en su dispositivo móvil después de visitar. Esta, en turno, permite al operador informar al visitante sobre nuevas exposiciones o promociones.

Una feria también puede beneficiarse de esta tecnología. Una aplicación de feria con tecnología BLE no solo permite la navegación en interiores o la orientación de la feria para el usuario, sino que también ofrece al operador la oportunidad de analizar y controlar el flujo de visitantes. Si una sala está abarrotada, los usuarios pueden estar agradecidos de ser informados de que otra sala actualmente apenas tiene visitantes.

Por supuesto, Entonces, para el usuario de la aplicación se puede experimentar que en la sala supuestamente vacía, todos los usuarios están jugando sin el teléfono inteligente y la aplicación de la feria, que el sistema no ha "visto". Sobre la base del comportamiento típico del usuario (o de acuerdo con la media estadística) y con el software apropiado, sin embargo, a menudo se puede hacer una predicción correspondientemente buena.

El suministro en todo el área de un edificio con tecnología de baliza también ofrece una multitud de nuevos conceptos de uso.. No es necesario limpiar una sala de reuniones que no se haya utilizado. (o con menos frecuencia). Y una sala de reuniones que nunca se usa quizás podría utilizarse mejor. Los datos anónimos podrían usarse para esto con el fin de obtener un perfil de uso del área correspondiente.

Ubicación utilizando balizas bluetooth

Existen tres casos de uso diferentes cuando se utilizan dispositivos de balizas, que se explican con más detalle a continuación y se muestran esquemáticamente.

Diferentes formas de usar la baliza; izquierda: navegación a través de balizas fijas; medio: seguimiento moviendo balizas sobre objetos; Derecha: la combinación de ambos métodos

Una posible configuración para la navegación en interiores supone que las balizas están posicionadas firmemente y la aplicación sabe dónde se encuentra cada baliza. La posición dentro de la infraestructura de baliza se puede determinar por trilateración. Como una regla, se utilizan los sensores adicionales de los dispositivos móviles. La determinación de la posición puede ser apoyada por los sensores de aceleración, que están instalados en todos los teléfonos móviles actuales.

Con seguimiento de activos, quieres saber dónde están ubicadas las balizas. Por lo tanto, los componentes que se deben localizar están equipados con balizas y luego se pueden ubicar dentro de la infraestructura. En el sector sanitario, por ejemplo, Esta es actualmente una aplicación muy relevante que debe planificarse cada vez con más frecuencia.. El operador desea saber dónde se encuentran determinados recursos..

La idea detrás de esto es que puede usarlo para planificar mejor los recursos y pasar menos tiempo buscando el componente correspondiente. Un efecto secundario adicional es que también obtiene información sobre el uso real. En esta aplicación, Los puntos de acceso WLAN con tecnología BLE adicional a menudo se usan.

Si se usa dicha infraestructura, También puede combinar ambos métodos y habilitar la navegación interior y el seguimiento de activos, creando así un valor agregado para el uso del edificio. Debido al bajo precio de las balizas, esto no está asociado con altos costos de inversión. Puede comenzar a implementar esta tecnología en un área y luego expandirla poco a poco. sin embargo, Cabe señalar que más balizas no necesariamente mejoran la precisión de la ubicación.. Si hay demasiadas señales de baliza, la precisión disminuye nuevamente [En el 2015]. Para lograr una usabilidad generalizada, Una planificación cuidadosa de la infraestructura de balizas es sensata y necesaria..

Planificación de seguimiento de activos de baliza

En este contexto, seguimiento de activos significa un seguimiento de objetos basado en balizas, etc.. La base para esto suele ser el seguimiento de las balizas Bluetooth en movimiento que se colocan en los objetos a rastrear. Estas balizas están localizadas por receptores Bluetooth apropiados. Entonces necesita una infraestructura de receptores BLE que reciben las balizas. Una infraestructura de baliza subyacente puede evaluar los datos y, en última instancia, determinar la posición de la baliza..

Determinación de posición mediante trilateración

Determinación de posición mediante trilateración

Desde una perspectiva técnica y de planificación, Esto recuerda mucho la ubicación de los dispositivos finales WLAN en función de la intensidad de la señal de sus paquetes utilizando los puntos de acceso WLAN. En contraste con la ubicación usando WLAN, la cantidad de estaciones receptoras requeridas para BLE es a menudo menor. En el final, sin embargo, esto depende del entorno estructural, Los requisitos de precisión de la aplicación y otros parámetros del marco. Por lo tanto, parte de la planificación es comparable a la planificación de WLAN. Similar a las células de radio, las áreas de cobertura correspondientes deben definirse y planificarse.

Por lo tanto, no sorprende que muchos de los puntos de acceso WLAN disponibles en entornos profesionales ahora también sean azules
Trae un módulo de radio de diente. Una infraestructura de baliza Bluetooth correspondiente ya está creada a través de la infraestructura WLAN. En gran medida, La planificación de aplicaciones de seguimiento de activos es una planificación de infraestructura casi clásica..

Las herramientas de planificación de WLAN ahora admiten las primeras funciones básicas para la planificación de Bluetooth [openreality.com]. La cobertura BLE similar a WLAN se puede simular en la popular herramienta Ekahau Site Survey. Actualmente, la funcionalidad se limita a mostrar celdas de radio en las que se puede recibir un número mínimo de balizas con suficiente intensidad de señal. Desafortunadamente, Aún no es posible llegar a una conclusión directa sobre la precisión de la ubicación en la versión actual.

Se requiere una plataforma correspondiente para la administración de las balizas., la determinación de posición y posiblemente otras funciones de gestión. Aquí también, hay soluciones correspondientes de los fabricantes de WLAN.

Tal arquitectura también hace posible monitorear las balizas que funcionan con baterías. El reemplazo de la batería que se espera unos años después de la implementación puede simplificarse ya que el sistema puede devolver el estado de las balizas instaladas. Dependiendo de la información del fabricante y la configuración, Es posible que sea necesario reemplazar las baterías después de un período de 3 e incluso 8 años. Otras tareas operativas también resultan del hecho de que la infraestructura de baliza debe documentarse y toda la arquitectura debe mantenerse. Adicionalmente, aspectos relevantes para la seguridad, como actualizaciones a las versiones actuales de software y firmware, debe tenerse en cuenta y llevarse a cabo. Se debe tener en cuenta el esfuerzo correspondiente..

Además de la arquitectura., Otra tarea importante es la planificación de la aplicación basada en ella.. En general, Por lo tanto, no solo es necesario proporcionar una planificación estructurada para la concepción de la infraestructura, pero también para la implementación de la aplicación. Esto luego incluye el análisis de requisitos, un concepto rudo, La definición de los requisitos para la infraestructura de baliza (desde la precisión requerida hasta la cobertura del área o las áreas de cobertura) y los detalles correspondientes de la aplicación y la interfaz de usuario.

Dado que un activo que está instalado permanentemente sirve como base de la arquitectura Bluetooth para el seguimiento de activos, la planificación análoga a la planificación clásica de WLAN es útil. El resultado es un procedimiento comparable a la planificación de WLAN.. Debe tenerse en cuenta aquí que la planificación de las posiciones de baliza generalmente requiere menos borrador. Una razón para esto es el bajo precio de las balizas y los requisitos de infraestructura en su mayoría bajos. Adicionalmente, en el caso de aplicaciones de seguimiento y localización, una cierta proporción ya está predeterminada por la planificación de WLAN si la infraestructura de WLAN también se va a utilizar.

Los aspectos individuales de la planificación que se muestran en la Figura 5 así se asemeja a la planificación clásica de WLAN sin requerir la misma profundidad. Al planificar la infraestructura, ya es importante conocer y tener en cuenta los parámetros de la aplicación, como la precisión de ubicación requerida. Por lo tanto, a menudo es útil interactuar con el desarrollo de aplicaciones. Los requisitos importantes para planificar una arquitectura Bluetooth basada en infraestructura son, en particular, los requisitos de la aplicación que se implementará con Bluetooth. En relación con el seguimiento de activos, Estos incluyen la cobertura del área y la precisión de la ubicación requerida. Se determinará en qué edificio (o terreno) áreas se requiere una precisión correspondiente. Esto da como resultado la densidad requerida de los receptores BLE que se utilizan para la ubicación..

Estructura de la planificación de Bluetooth análoga a la planificación de WLAN

Planificación de navegación básica / aplicaciones basadas en aplicaciones

En contraste con la ubicación de los objetos equipados con una baliza descrita anteriormente, La determinación típica de navegación o ubicación en una aplicación de teléfono inteligente no requiere una infraestructura de baliza extensa.

Las balizas Bluetooth generalmente forman la infraestructura aquí. Esta, complementado por un servicio correspondiente en la red, es suficiente para determinar la ubicación. El teléfono inteligente o la aplicación recibe varias balizas. Sobre esta base, un servicio correspondiente puede calcular la posición a través de una conexión de datos, como WLAN o radio móvil. Incluso si no se requiere una infraestructura comparable a los puntos de acceso WLAN, Todavía se requiere una cierta arquitectura. Los requisitos de disponibilidad surgen en consecuencia en el backend. Estos pueden ser comparables a los requisitos para otra infraestructura de red.

Para determinar la posición exacta, el teléfono inteligente debe recibir y evaluar un número suficiente de balizas BLE. Dependiendo del fabricante, Aquí también puede tener sentido usar los módulos Bluetooth instalados en los puntos de acceso WLAN para monitorear las balizas para controlar el gasto operativo al monitorear las balizas..

Igualmente, los transmisores Bluetooth en los puntos de acceso a menudo se pueden usar como balizas. La infraestructura de WLAN, por lo tanto, cumple un propósito adicional y, por lo tanto, forma un suministro básico que no funciona con baterías con balizas. También vale la pena mencionar formas especiales especiales del fabricante.. Por ejemplo, Cisco ofrece los llamados puntos de baliza. En combinación con la infraestructura de backend del mismo fabricante., Esto permite la colocación flexible de “virtual” balizas mediante una infraestructura BLE cableada correspondiente. Las antenas sectoriales con las características de recepción correspondientes y el hardware y software se utilizan para hacer que se reciban diferentes balizas dependiendo de la posición en la sala. El sistema detrás de él calcula la posición..

En todo caso, la planificación y las pruebas deben realizarse antes de la implementación. Los diferentes requisitos de precisión marcan la diferencia correspondiente en la implementación. Al planificar las posiciones de baliza en el caso de la ubicación y navegación clásicas basadas en aplicaciones, Existe una clara diferencia en el procedimiento de planificación para la planificación de WLAN. Esto se debe principalmente al hecho de que normalmente no hay infraestructura clásica o que solo se construye de forma limitada (dependiendo del fabricante).

Esto elimina puntos como la planificación de la infraestructura pasiva como parte de la planificación de la posición.. sin embargo, los parámetros y requisitos del marco deben definirse, Dado que la cobertura del área y los requisitos de precisión de la ubicación deben tenerse en cuenta al elegir las posiciones de baliza. También debe señalarse aquí que en muchos casos, en particular en el caso de las balizas a pilas, La posterior adaptación o suplementación por balizas adicionales es posible con relativamente poco esfuerzo.

Resumen

Muestra claramente que Bluetooth se está volviendo cada vez más relevante debido a las aplicaciones asociadas. Y aunque la tecnología funciona bastante separada de otras tecnologías de infraestructura de baliza de red en muchas aplicaciones, una mirada más cercana, y, por lo tanto, la planificación estructurada es útil y útil.

Esto comienza con la planificación de las aplicaciones y continúa hasta la planificación de la influencia en tecnologías de red como WLAN. La planificación de Bluetooth no puede ignorar los aspectos clásicos de la planificación de red, como el análisis de requisitos, la definición de áreas de suministro, etc..

Si actualmente está planeando una infraestructura WLAN, deberías lidiar con la tecnología de baliza, ya que puede representar un gran valor agregado para usar con bajos costos de inversión. El software de planificación clásico actualmente solo es parcialmente capaz de crear una simulación realista de infraestructuras BLE. sin embargo, esto pronto será posible con una frecuencia creciente y, sobre todo, ganar en nivel de detalle. Los primeros enfoques para las opciones de planificación requeridas ahora se pueden encontrar en el software correspondiente.

Dependiendo de la aplicación, La planificación de la infraestructura de balizas para aplicaciones puede ser menor que para una red clásica, ya que a menudo el foco está en el software o la aplicación de teléfono inteligente. Por lo tanto, no debe subestimarse que la responsabilidad operativa a menudo se ve en TI. A más tardar cuando se requiere una conexión a través de WLAN o BLE a través de la infraestructura WLAN, surge una nueva responsabilidad en el departamento de TI. En general, hay un esfuerzo adicional. Por esta razón, también, Bluetooth debe desempeñar un papel en la planificación actual y la orientación estratégica de TI y debe tenerse en cuenta.