Bases techniques de l'infrastructure des balises Bluetooth

Infrastructure de balise

Dans cet article, nous voulons principalement nous occuper de la mise en œuvre et de la planification des applications correspondantes et de l'infrastructure de balise. Applications basées sur Balises BLE deviennent de plus en plus courants. Ces applications, en particulier, font actuellement appel à une planification structurée. De cette façon, Le Bluetooth continue de se développer en tant que sujet dans nos projets et continue de devenir plus important.

Sauf pour ces réserves justifiées, l'utilisation d'applications Bluetooth peut offrir une réelle valeur ajoutée. Comme pour chaque application, le cas individuel doit être considéré. Contrairement à une grande partie de ce que nous considérons dans notre conseil quotidien classique, par exemple, les applications de balises dans l'industrie et en particulier dans la production sont plutôt rares. Dans d'autres domaines, par exemple, où un smartphone est un outil central, comme dans l'environnement de bureau, cela peut être très différent. Par conséquent, un regard sur la portée, l'intérêt et l'approche de planification de telles applications, ce qui peut être nécessaire, est pertinent et utile.

Pour Bluetooth lui-même, le smartphone ou la connexion avec un système proportionnellement répandu et disponible est généralement une base importante. La sélection des applications disponibles, donc, va au-delà des connexions du smartphone au système mains libres ou au casque ou de l'ordinateur portable à divers périphériques. Il y a de plus en plus d'applications qui trouvent leur chemin dans les bâtiments modernes sur une base Bluetooth.

Si de plus en plus d'applications (par exemple. applications pour smartphone) sont basés sur des balises BLE et nécessitent une infrastructure de balises appropriée, la planification de l'approvisionnement Bluetooth devient de plus en plus importante. Une planification structurée doit toujours être effectuée, surtout si les exigences critiques pour la production s'appliquent ici.

Dans ce contexte, cela ne concerne pas seulement les aspects de base tels que le placement de l'émetteur et du récepteur. D'autres aspects que nous connaissons de la planification de réseau classique jouent également un rôle de plus en plus important.

L'exemple le plus important ici est peut-être la sécurité. Compte tenu des lacunes de sécurité actuellement publiées dans de nombreuses implémentations Bluetooth, cela redevient évident. Le cryptage utilisé sous Bluetooth est vulnérable. Dans les applications de balises typiques, cela peut souvent ne pas être aussi pertinent. toutefois, dès que d'autres utilisations du Bluetooth jouent un rôle, la gestion de la sécurité est d'une importance correspondante.

Bases techniques de l'infrastructure de balise

Il existe actuellement un grand nombre de normes de balises différentes, les quatre plus connus sont iBeacon, Eddystone, uiBeacon, et ALT-Beacon. Les deux premières normes sont particulièrement pertinentes car elles sont prises en charge par Apple (iBeacon) et Google (Eddystone). Peu importe que l'utilisateur utilise un iPhone, Système d'exploitation Android ou Windows sur leur appareil mobile. Les signaux sont compris par tous les appareils. Le protocole iBeacon est pris en charge depuis la version Android 4.3.

Étant donné que les différents protocoles de balise font tous partie de la norme Bluetooth Low Energy, la structure est très similaire. Le paquet de données iBeacon est donc illustré plus en détail. Cela fait partie de la charge utile Bluetooth Low Energy, qui à son tour fait partie de l'unité de données de protocole (PDU) du cadre BLE actuel. Cela signifie que 31 hors de 47 les octets peuvent être utilisés pour les données iBeacon dans une trame BLE. La quantité de données semble faible, mais le concept de balises exige que l'intelligence se trouve dans l'application et non dans la balise elle-même.

La structure de données de la trame iBeacon dans Bluetooth Low Energy

infrastructure de balise

Indépendamment des protocoles individuels, les balises offrent toujours plusieurs informations qu'elles envoient à intervalles fixes. Voici les valeurs de l'identifiant unique universel (UUID), Majeur, Mineur, et puissance TX. Le premier a un volume de données de 128 morceaux. Cela se traduit par 160 bits de données utilisateur pouvant être transmis à l'aide d'une balise. Cela permet une bonne structuration des différentes informations pour une variété d'applications. Par exemple, l'UUID peut faire référence à l'entreprise, majeur à un bâtiment et mineur à un poste spécifique dans le bâtiment.

La valeur de la puissance d'émission est responsable de la capacité de l'appareil final d'estimer la distance à la balise. Là, l'appareil transmet les informations sur la force de son propre signal sous la forme d'un complément à deux. Donc, par exemple, la valeur 0xC8 = 200, complément à deux = 256-200 = 56 et donc une force de signal codée de -56 dBm du signal de la balise. Ceci est un indicateur de l'indicateur de force du signal reçu (RSSI) et indique la force du signal lorsqu'il est mesuré à un mètre de l'objet. Bien sûr, les circonstances réellement existantes ne sont pas prises en compte ici. Un mur ou une personne entre la balise et le récepteur peut fortement influencer l'intensité de champ mesurée. Pour le récepteur du signal, on ne voit pas si le signal est loin, s'il s'agit de l'écho d'un signal qui est réellement plus proche, ou s'il y a un obstacle entre l'émetteur et le récepteur. Néanmoins, cette valeur permet une précision de positionnement améliorée pour la détermination de la position par rapport à la position de la balise.

Applications de balises dans les bâtiments modernes

Dans des bâtiments modernes, il existe de plus en plus d'applications qui nécessitent une connexion de données en plus de la communication bureautique classique. Ici, nous n'entendons pas seulement la connexion de la périphérie du lieu de travail, comme la souris, le clavier ou le casque.

La connexion de nombreux autres appareils terminaux ne nécessite souvent pas le réseau filaire classique. Une connexion via WLAN est maintenant souvent le cas standard ici. Et même dans les projets clients où le réseau filaire prédomine toujours, la tendance aux applications sans fil est souvent évidente. Déjà aujourd'hui, mais surtout dans la construction du futur, on peut supposer que de plus en plus d'appareils finaux sont connectés sans fil. L'une des conséquences de cette évolution est, en particulier, qu'une couverture WLAN étendue est souvent requise. Basé sur ce fait, toute une série d'applications Bluetooth basées sur des balises BLE nécessitent une deuxième connexion de données via cellulaire ou WLAN.

Une application de balise BLE typique n'est pas seule mais nécessite une connexion de données supplémentaire. Les services et services disponibles sur le réseau sont accessibles comme indiqué. En cas de doute, cette connexion doit être planifiée et fournie.

Une application dépendant de l'emplacement est l'application la plus évidente pour les balises. Dans ce but, par exemple, dans la zone commerciale avec de nombreuses balises, une tentative a été faite pour analyser et influencer le comportement d'achat des clients. Ce “marketing de proximité” a eu peu de succès, au moins en Europe, et de plus en plus de systèmes de navigation intérieurs apparaissent à la place, ce qui devrait permettre aux utilisateurs de se repérer plus facilement dans un bâtiment inconnu.

L'idée dans le bâtiment du futur va si loin que l'ascenseur utilise ses capteurs pour signaler qu'il s'attend à un défaut bientôt et en avertit le technicien de service.. Celui-ci entre dans le bâtiment et reçoit automatiquement les autorisations de verrouillage nécessaires pour les serrures électroniques de porte et est guidé par l'application vers le local technique correspondant à l'aide de balises Bluetooth. Une fois là, une balise sur l’ascenseur renvoie au manuel d’entretien actuel de l’appareil et le technicien peut consulter l’historique des entretiens et réparations précédents.

Les domaines d'application de la technologie sont divers et, grâce à la facilité de mise à niveau, également intéressant pour l'infrastructure de balise existante.

Tous ceux qui ont déjà visité la clinique d'Aix-la-Chapelle apprécieront la valeur de la navigation intérieure pour se repérer dans les couloirs sinueux. Là, certaines stations ont été équipées de balises et permettent ainsi une navigation partielle pour le patient. Malheureusement, toute la clinique n'était pas équipée de balises, mais seulement dans très peu de domaines. Comme preuve de concept, un projet intéressant, mais sans une extension complète, l'acceptation de l'utilisateur sera difficilement réalisable.

De même, un musée peut facilement être agrandi avec des balises sur les expositions et les guides audio précédents peuvent être remplacés par une application de musée. Cela permet également de fidéliser la clientèle au-delà de la visite individuelle. La recherche montre que de nombreux utilisateurs quittent l'application sur leur appareil mobile après avoir visité. Ce, à son tour, permet à l'exploitant d'informer le visiteur des nouvelles expositions ou promotions.

Un salon peut également bénéficier de cette technologie. Une application de salon avec la technologie BLE permet non seulement la navigation intérieure ou le guidage du salon pour l'utilisateur, mais offre également à l'opérateur la possibilité d'analyser et de contrôler le flux de visiteurs. Si une salle est surpeuplée, les utilisateurs peuvent être reconnaissants d'être informés qu'une autre salle n'a actuellement pratiquement pas de visiteurs.

Bien sûr, l'utilisateur de l'application peut alors constater que dans la salle supposée vide, tous les utilisateurs se défoulent sans le smartphone et l'application du salon, que le système n'a pas «vu». Sur la base du comportement typique de l'utilisateur (ou selon la moyenne statistique) et avec le logiciel approprié, toutefois, une bonne prédiction correspondante peut souvent être faite.

La fourniture à l'échelle de la zone d'un bâtiment avec technologie de balise offre également une multitude de nouveaux concepts d'utilisation. Une salle de réunion qui n'a pas été utilisée n'a pas besoin d'être nettoyée (ou moins souvent). Et une salle de réunion qui n'est jamais utilisée pourrait peut-être être mieux utilisée. Des données anonymes pourraient être utilisées pour cela afin d'obtenir un profil d'utilisation de la zone correspondante.

Localisation à l'aide de balises Bluetooth

Il existe trois cas d'utilisation différents lors de l'utilisation d'appareils balises, qui sont expliqués plus en détail ci-dessous et sont représentés schématiquement.

Différentes façons d'utiliser la balise; la gauche: navigation à travers les balises fixes; milieu: suivi en déplaçant des balises sur des objets; droite: la combinaison des deux méthodes

Une configuration possible pour la navigation intérieure suppose que les balises sont fermement positionnées et que l'application sait où se trouve chaque balise. La position au sein de l'infrastructure de balise peut être déterminée par trilatération. Comme règle, les capteurs supplémentaires des appareils mobiles sont utilisés. La détermination de la position peut être prise en charge par les capteurs d'accélération, qui sont installés dans tous les téléphones mobiles actuels.

Avec suivi des actifs, vous voulez savoir où se trouvent les balises. Les composants à localiser sont donc équipés de balises et peuvent alors être localisés au sein de l'infrastructure. Dans le secteur de la santé, par exemple, c'est actuellement une application très pertinente qui doit être planifiée de plus en plus fréquemment. L'opérateur souhaite savoir où se trouvent certaines ressources.

L'idée derrière cela est que vous pouvez l'utiliser pour mieux planifier les ressources et passer moins de temps à chercher le composant correspondant. Un effet secondaire supplémentaire est que vous obtenez également des informations sur l'utilisation réelle. Dans cette application, Des points d'accès WLAN dotés de la technologie BLE supplémentaire sont souvent utilisés.

Si une telle infrastructure est utilisée, vous pouvez également combiner les deux méthodes et activer à la fois la navigation intérieure et le suivi des actifs, créant ainsi une valeur ajoutée pour l'utilisation du bâtiment. En raison du prix bas des balises, cela n'est pas associé à des coûts d'investissement élevés. Vous pouvez commencer à déployer cette technologie dans un domaine, puis l'étendre petit à petit. toutefois, il faut noter que plus de balises n'améliorent pas nécessairement la précision de localisation. S'il y a trop de signaux de balise, la précision diminue à nouveau [Au 2015]. Pour atteindre une convivialité généralisée, une planification minutieuse de l'infrastructure des balises est judicieuse et nécessaire.

Base de planification du suivi des actifs de balise

Dans ce contexte, le suivi des actifs signifie un suivi des objets basé sur des balises, etc. La base pour cela est généralement le suivi des balises Bluetooth en mouvement qui sont placées sur les objets à suivre.. Ces balises sont localisées par des récepteurs Bluetooth appropriés. Vous avez donc besoin d'une infrastructure de récepteurs BLE qui reçoivent les balises. Une infrastructure de balise sous-jacente peut évaluer les données et finalement déterminer la position de la balise.

Détermination de la position par trilatération

Détermination de la position par trilatération

D'un point de vue technique et de planification, cela rappelle très bien l'emplacement des terminaux WLAN en fonction de la force du signal de leurs paquets utilisant les points d'accès WLAN. Contrairement à l'emplacement utilisant le WLAN, le nombre de stations de réception nécessaires pour BLE est souvent inférieur. À la fin, toutefois, cela dépend de l'environnement structurel, les exigences de précision de l'application et d'autres paramètres du cadre. Une partie de la planification est donc comparable à la planification WLAN. Similaire aux cellules radio, les zones de couverture correspondantes doivent être définies et planifiées.

Il n'est donc guère surprenant que de nombreux points d'accès WLAN disponibles dans les environnements professionnels soient désormais également en bleu
Apportez un module radio dentaire. Une infrastructure de balise Bluetooth correspondante est ainsi déjà créée via l'infrastructure WLAN. Dans une large mesure, la planification des applications de suivi des actifs est une planification d'infrastructure presque classique.

Les outils de planification WLAN prennent désormais en charge les premières fonctions de base pour la planification Bluetooth [openreality.com]. Une couverture BLE similaire au WLAN peut être simulée dans le populaire outil Ekahau Site Survey. La fonctionnalité est actuellement limitée à l'affichage de cellules radio dans lesquelles un nombre minimum de balises avec une puissance de signal suffisante peut être reçu. Malheureusement, une conclusion directe sur la précision de la localisation n'est pas encore possible dans la version actuelle.

Une plateforme correspondante est nécessaire pour l'administration des balises, la détermination de la position et éventuellement d'autres fonctions de gestion. Ici aussi, il existe des solutions correspondantes des fabricants de WLAN.

Une telle architecture permet également de surveiller les balises à piles. Le remplacement de la batterie à prévoir quelques années après la mise en œuvre peut être simplifié car le système peut renvoyer l'état des balises installées. En fonction des informations du fabricant et de la configuration, les piles devront peut-être être remplacées après une période comprise entre 3 et même 8 années. D'autres tâches opérationnelles résultent également du fait que l'infrastructure des balises doit être documentée et que toute l'architecture doit être maintenue.. en outre, aspects relatifs à la sécurité, telles que les mises à jour des versions actuelles du logiciel et du micrologiciel, doit être pris en compte et réalisé. L'effort correspondant doit être pris en compte.

En plus de l'architecture, une autre tâche importante est la planification de l'application basée sur celle-ci. Global, il n'est donc pas seulement nécessaire de prévoir une planification structurée pour la conception de l'infrastructure, mais aussi pour la mise en œuvre de l'application. Cela inclut ensuite l'analyse des besoins, un concept approximatif, la définition des besoins de l'infrastructure balise (de la précision requise à la couverture de zone ou aux zones de couverture) et les spécificités correspondantes de l'application et de l'interface utilisateur.

Puisqu'un actif installé en permanence sert de base à l'architecture Bluetooth pour le suivi des actifs, une planification analogue à la planification WLAN classique est utile. Le résultat est une procédure comparable à la planification WLAN. Il convient de garder à l'esprit ici que la planification des positions des balises nécessite généralement moins de tirant d'eau.. Une des raisons à cela est le bas prix des balises et les exigences d'infrastructure généralement faibles. en outre, dans le cas des applications de suivi et de traçage, une certaine proportion est déjà prédéterminée par la planification WLAN si l'infrastructure WLAN doit également être utilisée.

Les aspects individuels de la planification illustrés dans la figure 5 ressemblent ainsi à la planification WLAN classique sans exiger la même profondeur. Lors de la planification de l'infrastructure, il est déjà important de connaître et de prendre en compte les paramètres de l'application, comme la précision de localisation requise. Il est donc souvent utile de s'interconnecter avec le développement d'applications. Les exigences importantes pour la planification d'une architecture Bluetooth basée sur l'infrastructure sont en particulier les exigences de l'application à implémenter avec Bluetooth. Dans le cadre du suivi des actifs, ceux-ci incluent la couverture de la zone et la précision de l'emplacement requis. Il faut déterminer dans quel bâtiment (ou terrain) zones une précision correspondante est requise. Il en résulte alors la densité requise des récepteurs BLE qui sont utilisés pour la localisation.

Structure de la planification Bluetooth analogue à la planification WLAN

Navigation sur les bases de la planification / applications basées sur des applications

Contrairement à l'emplacement des objets équipés d'une balise décrit ci-dessus, la navigation ou la localisation typique dans une application pour smartphone ne nécessite pas une infrastructure de balises étendue.

Les balises Bluetooth forment généralement l'infrastructure ici. Ce, complété par un service correspondant dans le réseau, est suffisant pour la détermination de l'emplacement. Le smartphone ou l'application reçoit plusieurs balises. Sur cette base, un service correspondant peut alors calculer la position via une connexion de données, comme le WLAN ou la radio mobile. Même si une infrastructure comparable aux points d'accès WLAN n'est pas nécessaire, une certaine architecture est toujours requise. Les exigences de disponibilité surviennent en conséquence sur le backend. Celles-ci peuvent être comparables aux exigences d'autres infrastructures de réseau.

Pour déterminer la position exacte, le smartphone doit recevoir et évaluer un nombre suffisant de balises BLE. Selon le fabricant, il peut également être judicieux ici d'utiliser les modules Bluetooth installés dans les points d'accès WLAN pour surveiller les balises afin de maîtriser les dépenses d'exploitation en surveillant les balises.

également, les émetteurs Bluetooth dans les points d'accès peuvent souvent être utilisés comme balises. L'infrastructure WLAN, donc, remplit un objectif supplémentaire et forme ainsi une alimentation de base sans batterie avec des balises. Les formes spéciales spécifiques au fabricant méritent également d'être mentionnées. Par exemple, Cisco propose ce que l'on appelle des points balises. En combinaison avec l'infrastructure backend du même fabricant, cela permet le placement flexible de “virtuel” balises au moyen d'une infrastructure BLE filaire correspondante. Des antennes sectorielles avec des caractéristiques de réception et du matériel et des logiciels correspondants sont utilisées pour rendre différentes balises recevables en fonction de la position dans la pièce. Le système derrière calcule ensuite la position.

Dans tout les cas, la planification et les tests doivent avoir lieu avant la mise en œuvre. Les différentes exigences de précision font une différence correspondante dans la mise en œuvre. Lors de la planification des positions des balises dans le cas de la localisation et de la navigation classiques basées sur les applications, il y a une nette différence avec la procédure de planification pour la planification WLAN. Cela est principalement dû au fait que généralement aucune infrastructure classique ou qui n'est construite que dans une mesure limitée (selon le fabricant).

Cela élimine des points tels que la planification de l'infrastructure passive dans le cadre de la planification de la position. Néanmoins, les paramètres et les exigences du cadre doivent être définis, car la couverture de la zone et les exigences de précision de localisation doivent être prises en compte lors du choix des positions des balises. Il convient également de noter ici que dans de nombreux cas, en particulier dans le cas des balises à piles, une adaptation ou un complément ultérieur par des balises supplémentaires est possible avec relativement peu d'effort.

Sommaire

Cela montre clairement que Bluetooth devient de plus en plus pertinent en raison des applications associées. Et même si la technologie fonctionne assez indépendamment des autres technologies d'infrastructure de balises de réseau dans de nombreuses applications, regarder de plus près, et donc une planification structurée est utile et utile.

Cela commence par la planification des applications et se poursuit jusqu'à la planification de l'influence sur les technologies de réseau telles que le WLAN. La planification Bluetooth ne peut ignorer les aspects classiques de la planification du réseau, comme l'analyse des besoins, la définition des zones d'approvisionnement, etc.

Si vous planifiez actuellement une infrastructure WLAN, vous devriez vous occuper de la technologie des balises, car il peut représenter une grande valeur ajoutée pour une utilisation avec de faibles coûts d'investissement. Le logiciel de planification classique n'est actuellement que partiellement capable de créer une simulation réaliste des infrastructures BLE. toutefois, cela sera bientôt possible avec une fréquence croissante et, par dessus tout, gain de niveau de détail. Les premières approches des options de planification requises se trouvent désormais dans le logiciel correspondant.

Selon l'application, la planification de l'infrastructure de balise pour les applications peut être inférieure à celle d'un réseau classique, car l'accent est souvent mis sur le logiciel ou l'application smartphone. Il ne faut donc pas sous-estimer que la responsabilité opérationnelle est souvent perçue dans l'informatique. Au plus tard lorsqu'une connexion via le support WLAN ou BLE via l'infrastructure WLAN est requise, une nouvelle responsabilité surgit dans le département informatique. Global, il y a un effort supplémentaire. Pour cette raison, aussi, Le Bluetooth doit jouer un rôle dans la planification actuelle et l'orientation stratégique de l'informatique et être pris en compte.

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