Nozioni di base tecniche sull'infrastruttura Beacon Bluetooth

Infrastruttura Beacon

In questo articolo, vogliamo principalmente occuparci dell'implementazione e della pianificazione delle applicazioni corrispondenti e dell'infrastruttura beacon. Applicazioni basate su Beacon BLE stanno diventando sempre più comuni. Queste applicazioni, in particolare, stanno attualmente determinando la necessità di una pianificazione strutturata. In questo modo, Il Bluetooth continua a svilupparsi come argomento nei nostri progetti e continua a diventare sempre più importante.

Fatta eccezione per tali riserve giustificate, l'utilizzo di applicazioni Bluetooth può offrire un reale valore aggiunto. Come con ogni applicazione, il caso individuale deve essere considerato. In contrasto con gran parte di ciò che consideriamo nella nostra classica consulenza quotidiana, per esempio, le applicazioni dei beacon nell'industria e soprattutto nella produzione sono piuttosto rare. In altre aree, per esempio, dove uno smartphone è uno strumento centrale, come nell'ambiente dell'ufficio, questo può sembrare significativamente diverso. Perciò, uno sguardo al campo di applicazione, il vantaggio e l'approccio alla pianificazione di tali applicazioni, che potrebbe essere necessario, è pertinente e utile.

Per il Bluetooth stesso, lo smartphone o la connessione con un sistema adeguatamente diffuso e disponibile è solitamente una base importante. La selezione delle applicazioni disponibili, perciò, va oltre le connessioni dello smartphone al sistema vivavoce o alle cuffie o dal laptop a vari dispositivi periferici. Ci sono sempre più applicazioni che stanno trovando la loro strada negli edifici moderni su base Bluetooth.

Se sempre più applicazioni (per esempio. app per smartphone) sono basati su beacon BLE e richiedono un'infrastruttura beacon appropriata, la pianificazione della fornitura Bluetooth sta diventando sempre più importante. La pianificazione strutturata dovrebbe essere sempre eseguita, soprattutto se qui si applicano requisiti critici per la produzione.

In questo contesto, questo non riguarda solo gli aspetti di base come il posizionamento del trasmettitore e del ricevitore. Anche altri aspetti che conosciamo dalla classica pianificazione della rete stanno giocando un ruolo sempre più importante.

Forse l'esempio più importante qui è la sicurezza. In considerazione delle lacune di sicurezza attualmente pubblicate in molte implementazioni Bluetooth, questo diventa ovvio ancora una volta. La crittografia utilizzata con Bluetooth è vulnerabile. Nelle tipiche applicazioni beacon, questo spesso potrebbe non essere così rilevante. però, non appena altri usi del Bluetooth giocano un ruolo, la gestione della sicurezza è di pari importanza.

Nozioni di base tecniche dell'infrastruttura beacon

Attualmente esiste un gran numero di diversi standard di beacon, i quattro più noti dei quali sono iBeacon, Eddystone, uiBeacon, e ALT-Beacon. I primi due standard sono particolarmente rilevanti perché supportati da Apple (IBeacon) e Google (Eddystone). Non importa se l'utente utilizza un iPhone, Sistema operativo Android o Windows sul proprio dispositivo mobile. I segnali vengono compresi da tutti i dispositivi. Il protocollo iBeacon è supportato dalla versione Android 4.3.

Poiché i diversi protocolli beacon fanno tutti parte dello standard Bluetooth Low Energy, la struttura è molto simile. Il pacchetto dati iBeacon è quindi illustrato in maggiore dettaglio. Questo fa parte del Bluetooth Low Energy Payload, che a sua volta fa parte della Protocol Data Unit (PDU) del frame BLE effettivo. Ciò significa che 31 fuori da 47 byte possono essere utilizzati per i dati iBeacon all'interno di un frame BLE. La quantità di dati sembra piccola, ma il concetto di beacon richiede che l'intelligenza sia nell'app e non nel beacon stesso.

La struttura dei dati del frame iBeacon all'interno di Bluetooth Low Energy

beacon infrastructure

Indipendentemente dai singoli protocolli, i beacon offrono sempre diverse informazioni che inviano a intervalli fissi. Questi sono i valori per l'identificatore univoco universale (UUID), Maggiore, Minore, e TX Power. Il primo ha un volume di dati di 128 bit. Questo risulta in 160 bit di dati dell'utente che possono essere trasmessi utilizzando un beacon. Ciò consente una buona strutturazione di diverse informazioni per una varietà di applicazioni. Per esempio, l'UUID può fare riferimento all'azienda, maggiore per un edificio e minore per una posizione specifica all'interno dell'edificio.

Il valore TX Power è responsabile del dispositivo finale in grado di stimare la distanza dal beacon. Là, il dispositivo trasmette le informazioni sulla propria potenza del segnale sotto forma di complemento a due. Così, per esempio, il valore 0xC8 = 200, complemento di due = 256-200 = 56 e quindi una potenza del segnale codificato di -56 dBm del segnale radiofaro. Questo è un indicatore dell'indicatore dell'intensità del segnale ricevuto (RSSI) e indica quanto deve essere forte il segnale quando viene misurato a un metro dall'oggetto. Ovviamente, le circostanze realmente esistenti non vengono qui prese in considerazione. Un muro o una persona tra il faro e il ricevitore possono influenzare fortemente l'intensità del campo misurato. Per il ricevitore del segnale, non si vede se il segnale è lontano, se è l'eco di un segnale che è effettivamente più vicino, o se c'è un ostacolo tra il trasmettitore e il ricevitore. Tuttavia, questo valore consente una migliore precisione di posizionamento per la determinazione della posizione in relazione alla posizione del faro.

Applicazioni beacon in edifici moderni

Negli edifici moderni, sono sempre di più le applicazioni che richiedono una connessione dati oltre alla classica comunicazione da ufficio. Qui non intendiamo solo la connessione della periferia del luogo di lavoro, come il mouse, tastiera o auricolare.

La connessione per molti altri terminali spesso non necessita della classica rete cablata. Una connessione tramite WLAN ora è spesso il caso standard qui. E anche nei progetti dei clienti in cui predomina ancora la rete cablata, la tendenza verso le applicazioni wireless è spesso evidente. Già oggi, ma soprattutto nella costruzione del futuro, si può presumere che sempre più dispositivi finali siano collegati in modalità wireless. Una conseguenza di questo sviluppo è, in particolare, che spesso è richiesta un'ampia copertura WLAN. Sulla base di questo fatto, tutta una serie di applicazioni Bluetooth basate su beacon BLE richiedono una seconda connessione dati tramite cellulare o WLAN.

Una tipica applicazione beacon BLE non è la sola ma richiede una connessione dati aggiuntiva. È possibile accedere ai servizi e ai servizi disponibili sulla rete come mostrato. In caso di dubbio, questo collegamento deve essere pianificato e fornito.

Un'applicazione dipendente dalla posizione è l'applicazione più ovvia per i beacon. Per questo scopo, per esempio, nell'area commerciale con molti fari, si è cercato di analizzare e influenzare il comportamento di acquisto dei clienti. Questo “marketing di prossimità” ha avuto scarso successo, almeno in Europa, e invece stanno comparendo sempre più sistemi di navigazione indoor, che dovrebbe rendere più facile per gli utenti orientarsi in un edificio sconosciuto.

L'idea nell'edificio del futuro va così lontano che l'ascensore utilizza i suoi sensori per segnalare che si aspetta presto un difetto e avvisa il tecnico dell'assistenza. Questo entra nell'edificio e riceve automaticamente le autorizzazioni di chiusura richieste per le serrature elettroniche delle porte ed è guidato dall'app al locale di servizio corrispondente utilizzando i beacon Bluetooth. Una volta lì, un segnale luminoso sull'ascensore si collega al manuale di servizio corrente del dispositivo e il tecnico può richiamare la cronologia delle precedenti manutenzioni e riparazioni.

Le aree di applicazione della tecnologia sono diverse e, grazie alla facilità di retrofit, interessante anche per le infrastrutture beacon esistenti.

Chiunque abbia mai visitato la clinica di Aquisgrana apprezzerà il valore della navigazione indoor per orientarsi nei corridoi tortuosi. Là, alcune stazioni sono state dotate di beacon e consentono così una navigazione parziale per il paziente. Sfortunatamente, l'intera clinica non era dotata di fari, ma solo in pochissime zone. Come prova di concetto, un progetto interessante, ma senza un'espansione completa, L'accettazione da parte dell'utente sarà difficilmente realizzabile.

allo stesso modo, un museo può essere facilmente ampliato con fari sulle mostre e le precedenti audioguide possono essere sostituite da un'app del museo. Ciò consente anche la fedeltà del cliente oltre la visita individuale. La ricerca mostra che molti utenti lasciano l'app sul proprio dispositivo mobile dopo averla visitata. Questo, a sua volta, consente all'operatore di informare il visitatore su nuove mostre o promozioni.

Anche una fiera può trarre vantaggio da questa tecnologia. Un'app per fiere con tecnologia BLE non solo consente all'utente la navigazione interna o l'orientamento fieristico, ma offre anche all'operatore l'opportunità di analizzare e controllare il flusso dei visitatori. Se una sala è sovraffollata, gli utenti possono essere grati di essere informati che attualmente un altro padiglione non ha quasi nessun visitatore.

Ovviamente, può quindi essere sperimentato per l'utente dell'app che nella sala presumibilmente vuota tutti gli utenti si scatenano senza lo smartphone e l'app della fiera, che il sistema non ha "visto". Sulla base del comportamento tipico dell'utente (o secondo la media statistica) e con il software appropriato, però, spesso è possibile fare una previsione altrettanto buona.

La fornitura a livello di area di un edificio con tecnologia beacon offre anche una moltitudine di nuovi concetti di utilizzo. Una sala riunioni che non è stata utilizzata non ha bisogno di essere pulita (o meno spesso). E forse una sala riunioni mai utilizzata potrebbe essere meglio utilizzata. A questo scopo potrebbero essere utilizzati dati anonimi per ottenere un profilo di utilizzo dell'area corrispondente.

Posizione utilizzando i beacon bluetooth

Esistono tre diversi casi d'uso quando si utilizzano dispositivi beacon, che sono spiegati più dettagliatamente di seguito e sono mostrati schematicamente.

Diversi modi di utilizzare il beacon; sinistra: navigazione attraverso fari fissi; mezzo: inseguimento spostando i beacon sugli oggetti; giusto: la combinazione di entrambi i metodi

Una possibile configurazione per la navigazione interna presuppone che i beacon siano posizionati saldamente e l'applicazione sappia dove si trova ciascun beacon. La posizione all'interno dell'infrastruttura beacon può essere determinata mediante trilaterazione. Di regola, vengono utilizzati i sensori aggiuntivi dei dispositivi mobili. La determinazione della posizione può essere supportata dai sensori di accelerazione, che sono installati in tutti i telefoni cellulari attuali.

Con monitoraggio delle risorse, vuoi sapere dove si trovano i beacon. I componenti che devono essere localizzati sono quindi dotati di beacon e possono quindi essere collocati all'interno dell'infrastruttura. Nel settore sanitario, per esempio, questa è attualmente un'applicazione molto rilevante che deve essere pianificata sempre più frequentemente. L'operatore vorrebbe sapere dove si trovano determinate risorse.

L'idea alla base di questo è che puoi usarlo per pianificare meglio le risorse e dedicare meno tempo alla ricerca del componente corrispondente. Un ulteriore effetto collaterale è che ottieni anche informazioni sull'uso effettivo. In questa applicazione, Spesso vengono utilizzati punti di accesso WLAN con tecnologia BLE aggiuntiva.

Se viene utilizzata una tale infrastruttura, puoi anche combinare entrambi i metodi e abilitare sia la navigazione interna che il monitoraggio delle risorse, creando così valore aggiunto per l'utilizzo dell'edificio. A causa del basso prezzo dei beacon, questo non è associato a costi di investimento elevati. Puoi iniziare a implementare questa tecnologia in un'area e poi espanderla un po 'alla volta. però, va notato che un numero maggiore di beacon non migliora necessariamente la precisione della posizione. Se sono presenti troppi segnali beacon, la precisione diminuisce di nuovo [Al 2015]. Per ottenere un'usabilità diffusa, un'attenta pianificazione dell'infrastruttura del beacon è sensata e necessaria.

Base di pianificazione del monitoraggio delle risorse beacon

In questo contesto, monitoraggio delle risorse significa un monitoraggio degli oggetti basato su beacon, eccetera. La base per questo è solitamente il tracciamento dei beacon Bluetooth in movimento che vengono posizionati sugli oggetti da tracciare. Questi beacon sono localizzati da ricevitori Bluetooth appropriati. Quindi è necessaria un'infrastruttura di ricevitori BLE che ricevono i beacon. Un'infrastruttura beacon sottostante può valutare i dati e infine determinare la posizione del beacon.

Determinazione della posizione mediante trilaterazione

Determinazione della posizione mediante trilaterazione

Dal punto di vista tecnico e progettuale, questo ricorda molto la posizione dei dispositivi terminali WLAN in base alla potenza del segnale dei loro pacchetti utilizzando i punti di accesso WLAN. In contrasto con la posizione tramite WLAN, il numero di stazioni riceventi richieste per BLE è spesso inferiore. Alla fine, però, questo dipende dall'ambiente strutturale, i requisiti di accuratezza dell'applicazione e altri parametri del framework. Una parte della pianificazione è quindi paragonabile alla pianificazione WLAN. Simile alle celle radio, le aree di copertura corrispondenti devono essere definite e pianificate.

Non sorprende quindi che molti dei punti di accesso WLAN disponibili in ambienti professionali siano ora anche blu
Porta un modulo radio dentale. Un'infrastruttura di beacon Bluetooth corrispondente è quindi già creata tramite l'infrastruttura WLAN. In larga misura, la pianificazione per le applicazioni di tracciamento delle risorse è una pianificazione dell'infrastruttura quasi classica.

Gli strumenti di pianificazione WLAN ora supportano le prime funzioni di base per la pianificazione Bluetooth [openreality.com]. La copertura BLE simile alla WLAN può essere simulata nel popolare strumento Ekahau Site Survey. La funzionalità è attualmente limitata alla visualizzazione di celle radio in cui è possibile ricevere un numero minimo di beacon con una potenza del segnale sufficiente. Sfortunatamente, una conclusione diretta sulla precisione della posizione non è ancora possibile nella versione attuale.

È necessaria una piattaforma corrispondente per l'amministrazione dei beacon, la determinazione della posizione ed eventualmente altre funzioni di gestione. Anche qui, ci sono soluzioni corrispondenti dai produttori di WLAN.

Tale architettura consente anche di monitorare i beacon a batteria. La sostituzione della batteria prevista a pochi anni dall'implementazione può essere semplificata in quanto il sistema può restituire lo stato dei beacon installati. A seconda delle informazioni del produttore e della configurazione, potrebbe essere necessario sostituire le batterie dopo un periodo di tempo intermedio 3 e persino 8 anni. Altre attività operative derivano anche dal fatto che l'infrastruttura beacon deve essere documentata e l'intera architettura deve essere mantenuta. Inoltre, aspetti rilevanti per la sicurezza, come gli aggiornamenti alle versioni correnti del software e del firmware, devono essere presi in considerazione ed eseguiti. Occorre tener conto dello sforzo corrispondente.

Oltre all'architettura, un altro compito importante è la pianificazione dell'applicazione basata su di esso. Complessivamente, non è quindi solo necessario fornire una pianificazione strutturata per la concezione dell'infrastruttura, ma anche per l'implementazione dell'applicazione. Ciò include quindi l'analisi dei requisiti, un concetto approssimativo, la definizione dei requisiti per l'infrastruttura beacon (dalla precisione richiesta alla copertura dell'area o alle aree di copertura) e le specifiche corrispondenti dell'applicazione e dell'interfaccia utente.

Poiché una risorsa installata in modo permanente funge da base dell'architettura Bluetooth per il monitoraggio delle risorse, è utile una pianificazione analoga alla classica pianificazione WLAN. Il risultato è una procedura paragonabile alla pianificazione WLAN. Va tenuto presente che la pianificazione delle posizioni dei beacon in genere richiede meno pescaggio. Uno dei motivi è il basso prezzo dei beacon e i requisiti di infrastruttura per lo più bassi. Inoltre, nel caso di applicazioni di tracciamento e rintracciabilità, una certa percentuale è già predeterminata dalla pianificazione WLAN se si vuole utilizzare anche l'infrastruttura WLAN.

I singoli aspetti della pianificazione mostrati in Figura 5 assomigliano quindi alla classica pianificazione WLAN senza richiedere la stessa profondità. Quando si pianifica l'infrastruttura, è già importante conoscere e tenere in considerazione i parametri dell'applicazione, come la precisione della posizione richiesta. È quindi spesso utile interagire con lo sviluppo dell'applicazione. Requisiti importanti per la progettazione di un'architettura Bluetooth basata su infrastruttura sono in particolare i requisiti dell'applicazione da realizzare con Bluetooth. In connessione con il monitoraggio delle risorse, questi includono la copertura dell'area e la precisione della posizione richiesta. È da stabilire in quale edificio (o terreno) è richiesta una precisione corrispondente. Ciò si traduce quindi nella densità richiesta dei ricevitori BLE utilizzati per la localizzazione.

Struttura della pianificazione Bluetooth analoga alla pianificazione WLAN

Pianificazione della navigazione di base / applicazioni basate su app

In contrasto con la posizione degli oggetti dotati di un faro sopra descritto, la tipica navigazione o determinazione della posizione in un'app per smartphone non richiede un'ampia infrastruttura di beacon.

I beacon Bluetooth in genere formano l'infrastruttura qui. Questo, integrato da un corrispondente servizio in rete, è sufficiente per la determinazione della posizione. Lo smartphone o l'app riceve diversi beacon. Su questa base, un servizio corrispondente può quindi calcolare la posizione tramite una connessione dati, come WLAN o radio mobile. Anche se non è richiesta un'infrastruttura paragonabile ai punti di accesso WLAN, è ancora necessaria una certa architettura. I requisiti di disponibilità sorgono di conseguenza sul backend. Questi possono essere paragonabili ai requisiti per altre infrastrutture di rete.

Per determinare la posizione esatta, lo smartphone deve ricevere e valutare un numero sufficiente di beacon BLE. A seconda del produttore, può anche avere senso qui utilizzare i moduli Bluetooth installati nei punti di accesso WLAN per monitorare i beacon al fine di controllare le spese operative monitorando i beacon.

allo stesso modo, i trasmettitori Bluetooth nei punti di accesso possono spesso essere utilizzati come beacon. L'infrastruttura WLAN, perciò, soddisfa uno scopo aggiuntivo e costituisce quindi un'alimentazione di base non a batteria con lampeggianti. Vale la pena menzionare anche forme speciali specifiche del produttore. Per esempio, Cisco offre i cosiddetti punti beacon. In combinazione con l'infrastruttura di backend dello stesso produttore, ciò consente il posizionamento flessibile di “virtuale” beacon mediante una corrispondente infrastruttura BLE cablata. Le antenne settoriali con le corrispondenti caratteristiche di ricezione e hardware e software vengono utilizzate per rendere ricevibili diversi beacon a seconda della posizione nella stanza. Il sistema dietro di esso calcola quindi la posizione.

In ogni caso, la pianificazione e il test dovrebbero essere effettuati prima dell'implementazione. I diversi requisiti di accuratezza fanno la differenza nell'implementazione. Quando si pianificano le posizioni dei beacon nel caso di localizzazione e navigazione classica basata su app, c'è una chiara differenza nella procedura di pianificazione per la pianificazione WLAN. Ciò è dovuto principalmente al fatto che in genere nessuna infrastruttura classica o che è costruita solo in misura limitata (a seconda del produttore).

Ciò elimina punti come la pianificazione dell'infrastruttura passiva come parte della pianificazione della posizione. Tuttavia, parametri e requisiti del quadro devono essere definiti, poiché la copertura dell'area e i requisiti per la precisione della posizione devono essere presi in considerazione quando si scelgono le posizioni del faro. Va anche notato qui che in molti casi, in particolare nel caso dei fari a batteria, il successivo adattamento o integrazione con fari aggiuntivi è possibile con uno sforzo relativamente piccolo.

Sommario

Mostra chiaramente che il Bluetooth sta diventando sempre più rilevante a causa delle applicazioni associate. E anche se la tecnologia funziona abbastanza distaccata da altre tecnologie di infrastruttura beacon di rete in molte applicazioni, uno sguardo più da vicino, e quindi la pianificazione strutturata è utile e utile.

Questo inizia con la pianificazione delle applicazioni e continua fino alla pianificazione dell'influenza sulle tecnologie di rete come la WLAN. La pianificazione Bluetooth non può ignorare gli aspetti classici della pianificazione della rete, come l'analisi dei requisiti, la definizione delle aree di approvvigionamento, eccetera.

Se attualmente stai pianificando un'infrastruttura WLAN, dovresti occuparti della tecnologia beacon, poiché può rappresentare un grande valore aggiunto per l'utilizzo con bassi costi di investimento. Il classico software di pianificazione è attualmente solo parzialmente in grado di creare una simulazione realistica delle infrastrutture BLE. però, questo sarà presto possibile con sempre maggiore frequenza e, soprattutto, guadagno nel livello di dettaglio. I primi approcci alle opzioni di pianificazione richieste possono ora essere trovati nel software corrispondente.

A seconda dell'applicazione, la pianificazione dell'infrastruttura beacon per le applicazioni può essere inferiore rispetto a una rete classica, poiché il focus è spesso sul software o sull'app per smartphone. Non va quindi sottovalutato che la responsabilità operativa è spesso vista nell'IT. Al più tardi quando è richiesta una connessione tramite WLAN o supporto BLE tramite l'infrastruttura WLAN, sorge una nuova responsabilità nel reparto IT. Complessivamente, c'è uno sforzo aggiuntivo. Per questa ragione, pure, Il Bluetooth dovrebbe svolgere un ruolo nella pianificazione corrente e nell'orientamento strategico dell'IT ed essere preso in considerazione.