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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 alimentando la necessità di una pianificazione strutturata. In questo modo, il Bluetooth continua a svilupparsi come tema nei nostri progetti e ad acquisire sempre maggiore importanza.
Fatte salve queste giustificate riserve, l'utilizzo di applicazioni Bluetooth può offrire un reale valore aggiunto. Come per ogni applicazione, è necessario valutare attentamente il caso specifico. Contrariamente a gran parte di ciò che consideriamo nella nostra classica consulenza quotidiana, ad esempio, le applicazioni beacon nell'industria e soprattutto nella produzione sono piuttosto rare. In altri settori, ad esempio in cui uno smartphone è uno strumento fondamentale, come l'ambiente d'ufficio, la situazione può apparire significativamente diversa. Pertanto, è pertinente e utile analizzare la portata, i vantaggi e l'approccio di pianificazione di tali applicazioni, che potrebbero rivelarsi necessarie.
Per quanto riguarda il Bluetooth stesso, lo smartphone o la connessione a un sistema altrettanto diffuso e disponibile rappresenta solitamente una base importante. La gamma di applicazioni disponibili, quindi, va oltre la connessione dello smartphone al vivavoce o alle cuffie, o dal laptop a diverse periferiche. Sono sempre più numerose le applicazioni che si stanno diffondendo negli edifici moderni basate sul Bluetooth.
Poiché sempre più applicazioni (ad esempio, app per smartphone) si basano su beacon BLE e richiedono un'infrastruttura beacon adeguata, la pianificazione della fornitura Bluetooth sta diventando sempre più importante. Una pianificazione strutturata dovrebbe essere sempre eseguita, soprattutto se si applicano requisiti critici per la produzione.
In questo contesto, non si tratta solo di aspetti basilari come il posizionamento del trasmettitore e del ricevitore. Anche altri aspetti che conosciamo dalla pianificazione classica delle reti stanno assumendo un ruolo sempre più importante.
Forse l'esempio più importante in questo caso riguarda la sicurezza. Alla luce delle lacune di sicurezza attualmente pubblicate in molte implementazioni Bluetooth, questo aspetto diventa ancora una volta evidente. La crittografia utilizzata in Bluetooth è vulnerabile. Nelle tipiche applicazioni beacon, questo aspetto potrebbe spesso non essere così rilevante. Tuttavia, non appena altri utilizzi del Bluetooth entrano in gioco, la gestione della sicurezza assume un'importanza corrispondente.
Nozioni di base tecniche sull'infrastruttura dei beacon
Attualmente esiste un gran numero di standard diversi per i beacon, i quattro più noti dei quali sono iBeacon, Eddystone, uiBeacon e ALT-Beacon. I primi due standard sono particolarmente rilevanti perché sono supportati da Apple (iBeacon) e Google (Eddystone). Non importa se l'utente utilizza un sistema operativo iPhone, Android o Windows sul proprio dispositivo mobile. I segnali sono compresi da tutti i dispositivi. Il protocollo iBeacon è supportato dalla versione 4.3 di Android.
Poiché i diversi protocolli beacon fanno tutti parte dello standard Bluetooth Low Energy, la struttura è molto simile. Il pacchetto dati iBeacon viene quindi illustrato in modo più dettagliato. Questo fa parte del Bluetooth Low Energy Payload, che a sua volta fa parte della Protocol Data Unit (PDU) del frame BLE vero e proprio. Ciò significa che 31 byte su 47 possono essere utilizzati per i dati iBeacon all'interno di un frame BLE. La quantità di dati sembra esigua, ma il concetto di beacon richiede che l'intelligenza risieda nell'app e non nel beacon stesso.
La struttura dei dati del frame iBeacon all'interno di Bluetooth Low Energy
Indipendentemente dai singoli protocolli, i beacon offrono sempre diverse informazioni che inviano a intervalli fissi. Si tratta dei valori per l'identificatore univoco universale (UUID), il numero principale (Major), il numero secondario (Minor) e la potenza di trasmissione (TX Power). Il primo ha un volume di dati di 128 bit. Ciò si traduce in 160 bit di dati utente che possono essere trasmessi tramite un beacon. Ciò consente una buona strutturazione delle diverse informazioni per una varietà di applicazioni. Ad esempio, l'UUID può riferirsi all'azienda, il numero principale a un edificio e il numero secondario a una posizione specifica all'interno dell'edificio.
Il valore di potenza di trasmissione (TX Power) consente al dispositivo terminale di stimare la distanza dal beacon. Lì, il dispositivo trasmette le informazioni sulla propria intensità del segnale in complemento a due. Ad esempio, il valore 0xC8 = 200, complemento a due = 256-200 = 56, e quindi un'intensità del segnale codificata di -56 dBm del segnale del beacon. Questo è un indicatore dell'indicatore di intensità del segnale ricevuto (RSSI) e indica quanto dovrebbe essere intenso il segnale misurato a un metro dall'oggetto. Naturalmente, le circostanze realmente esistenti non vengono prese in considerazione. Una parete o una persona tra il beacon e il ricevitore possono influenzare notevolmente l'intensità di campo misurata. Per il ricevitore del segnale, non è possibile vedere se il segnale è lontano, se si tratta dell'eco di un segnale 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 beacon.
Applicazioni dei fari negli edifici moderni
Negli edifici moderni, sono sempre più numerose le applicazioni che richiedono una connessione dati oltre alla classica comunicazione d'ufficio. Con questo termine non intendiamo solo la connessione di periferiche di lavoro, come mouse, tastiera o cuffie.
La connessione di molti altri dispositivi finali spesso non richiede la classica rete cablata. La connessione tramite WLAN è ormai spesso la norma. E anche nei progetti dei clienti in cui la rete cablata è ancora predominante, la tendenza verso le applicazioni wireless è spesso evidente. Già oggi, ma soprattutto negli edifici del futuro, si può presumere che sempre più dispositivi finali siano connessi in modalità wireless. Una conseguenza di questo sviluppo è, in particolare, la necessità di un'ampia copertura WLAN. Per questo motivo, un'intera serie di applicazioni Bluetooth basate su beacon BLE richiede una seconda connessione dati tramite rete cellulare o WLAN.
Una tipica applicazione di un beacon BLE non è isolata, ma richiede una connessione dati aggiuntiva. I servizi e i servizi disponibili sulla rete possono essere raggiunti come mostrato. In caso di dubbio, questa connessione deve essere pianificata e fornita.
L'applicazione più ovvia per i beacon è quella legata alla posizione. A questo scopo, ad esempio, nell'area retail con numerosi beacon, si è cercato di analizzare e influenzare il comportamento d'acquisto dei clienti. Questo "marketing di prossimità" ha avuto scarso successo, almeno in Europa, e al suo posto stanno comparendo sempre più sistemi di navigazione indoor, che dovrebbero facilitare l'orientamento degli utenti in un edificio sconosciuto.
L'idea, nell'edificio del futuro, si spinge fino al punto che l'ascensore, tramite i suoi sensori, segnala la presenza imminente di un guasto e avvisa il tecnico dell'assistenza. Quest'ultimo entra nell'edificio e riceve automaticamente le autorizzazioni di chiusura necessarie per le serrature elettroniche delle porte, per poi essere guidato dall'app al locale di assistenza corrispondente tramite beacon Bluetooth. Una volta lì, un beacon sull'ascensore si collega al manuale di assistenza aggiornato del dispositivo e il tecnico può consultare lo storico degli interventi di manutenzione e riparazione precedenti.
Gli ambiti di applicazione della tecnologia sono molteplici e, grazie alla facilità di ammodernamento, interessanti anche per le infrastrutture di segnalazione già esistenti.
Chiunque abbia visitato la clinica di Aquisgrana apprezzerà l'importanza della navigazione indoor per orientarsi nei corridoi tortuosi. Alcune stazioni sono state dotate di beacon, consentendo così una navigazione parziale per il paziente. Purtroppo, l'intera clinica non era dotata di beacon, ma solo in pochissime aree. Si tratta di un progetto interessante, ma senza un'espansione completa, difficilmente sarà possibile ottenere l'accettazione da parte degli utenti.
Allo stesso modo, un museo può essere facilmente ampliato con beacon sulle mostre e le vecchie audioguide possono essere sostituite da un'app museale. Questo favorisce anche la fidelizzazione dei clienti oltre la singola visita. Le ricerche dimostrano che molti utenti lasciano l'app sul proprio dispositivo mobile dopo la visita. Questo, a sua volta, consente al gestore 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 di gestire la navigazione indoor o la guida fieristica, ma offre anche all'operatore la possibilità di analizzare e controllare il flusso di visitatori. Se un padiglione è sovraffollato, gli utenti potrebbero essere lieti di essere informati che un altro padiglione al momento non ha quasi visitatori.
Naturalmente, l'utente dell'app può constatare che nella sala apparentemente vuota tutti gli utenti si aggirano senza smartphone e senza l'app della fiera, cosa che il sistema non ha "visto". Tuttavia, basandosi sul comportamento tipico dell'utente (o sulla media statistica) e con il software appropriato, è spesso possibile fare una previsione altrettanto accurata.
L'installazione su vasta area di un edificio con tecnologia beacon offre inoltre una moltitudine di nuovi concetti di utilizzo. Una sala riunioni inutilizzata non necessita di pulizia (o lo fa meno spesso). E una sala riunioni mai utilizzata potrebbe forse essere utilizzata in modo più efficace. A questo scopo, si potrebbero utilizzare dati anonimi per ottenere un profilo di utilizzo dell'area corrispondente.
Localizzazione tramite beacon Bluetooth
Esistono tre diversi casi d'uso quando si utilizzano dispositivi beacon, che vengono spiegati più in dettaglio di seguito e mostrati schematicamente.
Diversi modi di utilizzare il beacon; a sinistra: navigazione tramite beacon fissi; al centro: tracciamento tramite beacon in movimento sugli oggetti; a destra: combinazione di entrambi i metodi
Una possibile configurazione per la navigazione indoor presuppone che i beacon siano posizionati saldamente e che l'applicazione sappia dove si trova ciascun beacon. La posizione all'interno dell'infrastruttura dei beacon può essere determinata tramite trilaterazione. Di norma, vengono utilizzati i sensori aggiuntivi dei dispositivi mobili. La determinazione della posizione può essere supportata dai sensori di accelerazione, installati in tutti gli attuali telefoni cellulari.
Con il tracciamento degli asset, è necessario sapere dove si trovano i beacon. I componenti da localizzare sono quindi dotati di beacon e possono quindi essere localizzati all'interno dell'infrastruttura. Nel settore sanitario, ad 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 è che sia possibile utilizzarlo per pianificare meglio le risorse e ridurre il tempo dedicato alla ricerca del componente corrispondente. Un ulteriore effetto collaterale è che si ottengono anche informazioni sull'utilizzo effettivo. In questa applicazione, vengono spesso utilizzati punti di accesso WLAN con tecnologia BLE aggiuntiva.
Utilizzando un'infrastruttura di questo tipo, è anche possibile combinare entrambi i metodi e abilitare sia la navigazione indoor che il tracciamento degli asset, creando così un valore aggiunto per l'utilizzo dell'edificio. Grazie al basso prezzo dei beacon, questo non comporta elevati costi di investimento. È possibile iniziare a implementare questa tecnologia in un'area specifica e poi espanderla gradualmente. Tuttavia, è importante notare che un numero maggiore di beacon non migliora necessariamente la precisione della localizzazione. Se il numero di segnali dei beacon è eccessivo, la precisione diminuisce ulteriormente [Li 2015]. Per raggiungere un'ampia fruibilità, un'attenta pianificazione dell'infrastruttura dei beacon è sensata e necessaria.
Base di pianificazione del monitoraggio delle risorse tramite beacon
In questo contesto, il tracciamento degli asset si riferisce al tracciamento di oggetti, ecc. basato su beacon. La base di questo processo è solitamente il tracciamento di beacon Bluetooth in movimento, posizionati sugli oggetti da tracciare. Questi beacon vengono localizzati da appositi ricevitori Bluetooth. Pertanto, è necessaria un'infrastruttura di ricevitori BLE che riceva i beacon. Un'infrastruttura di beacon sottostante può analizzare i dati e, in definitiva, determinare la posizione del beacon.
Determinazione della posizione mediante trilaterazione
Da un punto di vista tecnico e progettuale, questo ricorda molto la localizzazione dei dispositivi finali WLAN in base alla potenza del segnale dei loro pacchetti tramite i punti di accesso WLAN. A differenza della localizzazione tramite WLAN, il numero di stazioni riceventi necessarie per BLE è spesso inferiore. In definitiva, tuttavia, ciò dipende dall'ambiente strutturale, dai requisiti di precisione dell'applicazione e da altri parametri quadro. Parte della pianificazione è quindi paragonabile alla pianificazione WLAN. Analogamente alle celle radio, è necessario definire e pianificare le aree di copertura corrispondenti.
Non sorprende quindi che molti dei punti di accesso WLAN disponibili in ambienti professionali siano ora anche di colore blu.
Basta installare un modulo radio per i denti. Un'infrastruttura di beacon Bluetooth corrispondente viene quindi creata tramite l'infrastruttura WLAN. In larga misura, la pianificazione di applicazioni di tracciamento delle risorse è una pianificazione infrastrutturale pressoché classica.
Gli strumenti di pianificazione WLAN ora supportano le prime funzioni di base per la pianificazione Bluetooth [openreality.com]. Una copertura BLE simile a quella WLAN può essere simulata nel popolare strumento Ekahau Site Survey. La funzionalità è attualmente limitata alla visualizzazione delle celle radio in cui è possibile ricevere un numero minimo di beacon con potenza di segnale sufficiente. Purtroppo, nella versione attuale non è ancora possibile trarre conclusioni dirette sulla precisione della posizione.
Per la gestione dei beacon, la determinazione della posizione ed eventuali altre funzioni di gestione è necessaria una piattaforma adeguata. Anche in questo caso, i produttori di WLAN offrono soluzioni specifiche.
Un'architettura di questo tipo consente anche il monitoraggio dei beacon a batteria. La sostituzione delle batterie prevista dopo alcuni anni dall'implementazione può essere semplificata, poiché il sistema è in grado di fornire informazioni sullo stato dei beacon installati. A seconda delle informazioni fornite dal produttore e della configurazione, le batterie potrebbero dover essere sostituite dopo un periodo compreso tra 3 e persino 8 anni. Ulteriori attività operative derivano dalla necessità di documentare l'infrastruttura dei beacon e di sottoporre l'intera architettura a manutenzione. È inoltre necessario tenere conto ed eseguire gli aspetti rilevanti per la sicurezza, come gli aggiornamenti alle versioni più recenti di software e firmware. È necessario quindi tenere conto degli sforzi necessari.
Oltre all'architettura, un altro compito importante è la pianificazione dell'applicazione su di essa basata. Nel complesso, è quindi necessario fornire una pianificazione strutturata non solo per la progettazione dell'infrastruttura, ma anche per l'implementazione dell'applicazione. Ciò include l'analisi dei requisiti, un concept di base, la definizione dei requisiti per l'infrastruttura beacon (dalla precisione richiesta alla copertura dell'area o delle aree di copertura) e le relative specifiche dell'applicazione e dell'interfaccia utente.
Poiché un asset installato in modo permanente funge da base per l'architettura Bluetooth per il tracciamento degli asset, è utile una pianificazione analoga a quella classica della WLAN. Il risultato è una procedura paragonabile alla pianificazione della WLAN. È importante tenere presente che la pianificazione delle posizioni dei beacon richiede in genere meno spazio. Uno dei motivi è il basso prezzo dei beacon e i requisiti infrastrutturali generalmente ridotti. Inoltre, nel caso di applicazioni di tracciamento e tracciamento, una certa percentuale è già predeterminata dalla pianificazione della WLAN, se si desidera utilizzare anche l'infrastruttura WLAN.
I singoli aspetti della pianificazione illustrati nella Figura 5 assomigliano quindi alla pianificazione WLAN classica, senza richiedere la stessa profondità. Già nella pianificazione dell'infrastruttura, è importante conoscere e tenere conto dei parametri dell'applicazione, come la precisione di localizzazione richiesta. Pertanto, è spesso utile integrarli con lo sviluppo dell'applicazione. Requisiti importanti per la pianificazione di un'architettura Bluetooth basata su infrastruttura sono in particolare i requisiti dell'applicazione da implementare con Bluetooth. In relazione al tracciamento degli asset, questi includono la copertura dell'area e la precisione della localizzazione richiesta. È necessario determinare in quali aree di edifici (o terreni) 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
Nozioni di base sulla pianificazione della navigazione / applicazioni basate su app
Contrariamente alla localizzazione di oggetti dotati di un beacon descritta sopra, la tipica navigazione o determinazione della posizione in un'app per smartphone non richiede un'infrastruttura beacon estesa.
In questo caso, l'infrastruttura è costituita in genere dai beacon Bluetooth. Questa, integrata da un servizio corrispondente nella 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 radiomobile. Anche se non è richiesta un'infrastruttura paragonabile agli access point WLAN, è comunque necessaria una determinata architettura. Di conseguenza, sorgono requisiti di disponibilità sul backend. Questi possono essere paragonabili ai requisiti di 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 essere opportuno utilizzare i moduli Bluetooth installati negli access point WLAN per monitorare i beacon, al fine di controllare i costi operativi attraverso il monitoraggio dei beacon stessi.
Allo stesso modo, i trasmettitori Bluetooth negli access point possono spesso essere utilizzati come beacon. L'infrastruttura WLAN, quindi, svolge una funzione aggiuntiva e costituisce un'alimentazione di base non a batteria con i beacon. Vale la pena menzionare anche le forme speciali specifiche dei produttori. Ad esempio, Cisco offre i cosiddetti beacon point. In combinazione con l'infrastruttura backend dello stesso produttore, ciò consente il posizionamento flessibile di beacon "virtuali" tramite un'infrastruttura BLE cablata corrispondente. Antenne settoriali con caratteristiche di ricezione appropriate, hardware e software vengono utilizzate per rendere ricevibili diversi beacon a seconda della posizione nella stanza. Il sistema dietro di esse calcola quindi la posizione.
In ogni caso, la pianificazione e i test dovrebbero essere effettuati prima dell'implementazione. I diversi requisiti di accuratezza comportano una differenza significativa nell'implementazione. Nella pianificazione delle posizioni dei beacon nel caso della localizzazione e navigazione classica basate su app, si nota una netta differenza rispetto alla procedura di pianificazione per la WLAN. Ciò è dovuto principalmente al fatto che in genere non esiste un'infrastruttura classica o questa è implementata solo in misura limitata (a seconda del produttore).
Ciò elimina aspetti come la pianificazione dell'infrastruttura passiva nell'ambito della pianificazione del posizionamento. Tuttavia, è necessario definire parametri e requisiti quadro, poiché la copertura dell'area e i requisiti di precisione della localizzazione devono essere considerati nella scelta delle posizioni dei beacon. Va inoltre osservato che in molti casi, in particolare nel caso di beacon a batteria, un successivo adattamento o integrazione con altri beacon è possibile con uno sforzo relativamente ridotto.
Sintesi
Dimostra chiaramente che il Bluetooth sta diventando sempre più rilevante grazie alle applicazioni ad esso associate. E sebbene la tecnologia funzioni in modo piuttosto distaccato rispetto ad altre tecnologie infrastrutturali di beacon di rete in molte applicazioni, un'analisi più approfondita e una pianificazione strutturata risultano utili e utili.
Tutto inizia con la pianificazione delle applicazioni e prosegue con la pianificazione dell'impatto sulle tecnologie di rete come la WLAN. La pianificazione Bluetooth non può ignorare gli aspetti classici della pianificazione di rete, come l'analisi dei requisiti, la definizione delle aree di fornitura, ecc.
Se state pianificando un'infrastruttura WLAN, dovreste considerare la tecnologia beacon, poiché può rappresentare un grande valore aggiunto con bassi costi di investimento. I software di pianificazione classici sono attualmente in grado solo parzialmente di creare una simulazione realistica delle infrastrutture BLE. Tuttavia, ciò sarà presto possibile con maggiore frequenza e, soprattutto, con un livello di dettaglio maggiore. I primi approcci alle opzioni di pianificazione necessarie sono ora disponibili nel software corrispondente.
A seconda dell'applicazione, la pianificazione dell'infrastruttura beacon per le applicazioni può essere inferiore rispetto a quella di una rete classica, poiché l'attenzione è spesso rivolta al software o all'app per smartphone. Non va quindi sottovalutato il fatto che la responsabilità operativa ricada spesso sull'IT. Al più tardi quando è richiesta una connessione tramite WLAN o il supporto BLE tramite l'infrastruttura WLAN, nel reparto IT emerge una nuova responsabilità. Nel complesso, si tratta di un impegno aggiuntivo. Anche per questo motivo, il Bluetooth dovrebbe svolgere un ruolo importante nella pianificazione attuale e nell'orientamento strategico dell'IT e dovrebbe essere tenuto in considerazione.
