Bluetoothビーコンインフラストラクチャの技術的基礎

ビーコンインフラストラクチャ

記事上で, 対応するアプリケーションとビーコンインフラストラクチャの実装と計画を主に扱いたい. に基づくアプリケーション BLEビーコン ますます一般的になっています. これらのアプリケーション, 特に, 現在、構造化された計画の必要性を推進しています. この方法では, Bluetoothは私たちのプロジェクトのトピックとして発展し続けており、ますます重要になっています.

そのような正当な予約を除いて, Bluetoothアプリケーションの使用は真の付加価値を提供できます. すべてのアプリケーションと同様に, 個々のケースを考慮する必要があります. 私たちが古典的な日常のコンサルティングで考慮していることの多くとは対照的に, 例えば, 産業、特に生産におけるビーコンアプリケーションはかなりまれです. 他の地域では, 例えば, スマートフォンが中心的なツールであるところ, オフィス環境など, これは大幅に異なるように見える可能性があります. したがって, スコープを見てください, そのようなアプリケーションの利点と計画アプローチ, 必要かもしれません, 関連性があり有用です.

Bluetooth自体の場合, スマートフォンまたはそれに対応して広く利用可能なシステムとの接続は、通常、重要な基盤です. 利用可能なアプリケーションの選択, したがって, スマートフォンの接続だけでなく、ハンズフリーシステムやヘッドセット、またはラップトップからさまざまな周辺機器への接続も可能です。. Bluetoothベースで現代の建物に参入しているアプリケーションはますます増えています.

ますます多くのアプリケーションが (例えば. スマートフォンアプリ) BLEビーコンに基づいており、適切なビーコンインフラストラクチャが必要です, Bluetooth供給の計画はますます重要になっています. 構造化された計画は常に実行する必要があります, 特に、生産に不可欠な要件がここに適用される場合.

この文脈では, これは、送信機と受信機の配置などの基本的な側面だけに関係するものではありません. 従来のネットワーク計画からわかっている他の側面も、ますます重要な役割を果たしています。.

おそらくここで最も重要な例はセキュリティです. 多くのBluetooth実装で現在公開されているセキュリティギャップを考慮して, これはもう一度明らかになります. Bluetoothで使用される暗号化は脆弱です. 典型的なビーコンアプリケーションでは, これは多くの場合、それほど関連性がない可能性があります. しかしながら, Bluetoothの他の用途が役割を果たすとすぐに, セキュリティ管理はそれに対応して重要です.

ビーコンインフラストラクチャの技術的基礎

現在、多数の異なるビーコン規格があります, 最もよく知られている4つはiBeaconです, エディストーン, uiBeacon, およびALT-ビーコン. 最初の2つの標準は、Appleによってサポートされているため、特に関連性があります。 (iBeacon) とグーグル (エディストーン). ユーザーがiPhoneを使用しているかどうかは関係ありません, モバイルデバイス上のAndroidまたはWindowsオペレーティングシステム. 信号はすべてのデバイスで理解されます. iBeaconプロトコルはAndroidバージョンからサポートされています 4.3.

さまざまなビーコンプロトコルがすべてBluetoothLow EnergyStandardの一部であるため, 構造は非常に似ています. したがって、iBeaconデータパッケージがより詳細に示されています. これはBluetoothLowEnergyペイロードの一部です, これは、プロトコルデータユニットの一部です。 (PDU) 実際のBLEフレームの. この意味は 31 から 47 バイトは、1つのBLEフレーム内のiBeaconデータに使用できます. データ量が少ないようです, ただし、ビーコンの概念では、インテリジェンスがビーコン自体ではなくアプリ内にある必要があります.

Bluetooth LowEnergy内のiBeaconフレームのデータ構造

ビーコンインフラストラクチャ

個々のプロトコルに関係なく, ビーコンは常に、一定の間隔で送信するいくつかの情報を提供します. これらは、Universally UniqueIdentifierの値です (UUID), メジャー, マイナー, およびTXPower. 前者のデータ量は 128 ビット. これにより、 160 ビーコンを使用して送信できるユーザーデータのビット. これにより、さまざまなアプリケーションのさまざまな情報を適切に構造化できます。. 例えば, UUIDは会社を参照できます, 建物のメジャーと建物内の特定の位置のマイナー.

TX電力値は、エンドデバイスがビーコンまでの距離を推定できるようにする責任があります. そこ, デバイスは、自身の信号強度に関する情報を2の補数の形式で送信します. したがって, 例えば, 値0xC8 = 200, 2の補数= 256-200 = 56 したがって、コード化された信号強度は -56 ビーコン信号のdBm. これは、受信信号強度インジケーターのインジケーターです。 (RSSI) 物体から1メートル離れた場所で測定したときの信号の強さを示します. もちろん, 実際に存在する状況はここでは考慮されていません. ビーコンと受信機の間の壁または人は、測定された電界強度に強く影響する可能性があります. 信号の受信者用, 信号が遠くにあるかどうかはわかりません, 実際に近いのは信号のエコーかどうか, または送信機と受信機の間に障害物があるかどうか. それにもかかわらず, この値により、ビーコンの位置に関連する位置決定の測位精度が向上します。.

現代の建物でのビーコンアプリケーション

近代的な建物で, 従来のオフィス通信に加えて、データ接続を必要とするアプリケーションがますます増えています。. ここでは、職場周辺のつながりだけを意味するのではありません。, マウスなど, キーボードまたはヘッドセット.

他の多くのエンドデバイスへの接続には、多くの場合、従来の有線ネットワークは必要ありません。. ここでは、WLANを介した接続が標準的なケースになることがよくあります。. そして、有線ネットワークが依然として優勢である顧客プロジェクトでも, ワイヤレスアプリケーションへの傾向はしばしば明白です. すでに今日, しかし、特に未来の構築において, ますます多くのエンドデバイスがワイヤレスで接続されていると想定できます. この開発の1つの結果は, 特に, 多くの場合、その広範なWLANカバレッジが必要です. この事実に基づいて, BLEビーコンに基づく一連のBluetoothアプリケーション全体では、セルラーまたはWLANを使用した2番目のデータ接続が必要です。.

一般的なBLEビーコンアプリケーションは単独ではありませんが、追加のデータ接続が必要です. 図のように、ネットワーク上で利用可能なサービスとサービスにアクセスできます。. 疑わしい場合, この接続は計画して提供する必要があります.

場所に依存するアプリケーションは、ビーコンの最も明白なアプリケーションです. この目的のために, 例えば, 多くのビーコンがある小売エリアで, 顧客の購買行動を分析して影響を与える試みがなされました. この “近接マーケティング” ほとんど成功していません, 少なくともヨーロッパでは, 代わりに、ますます多くの屋内ナビゲーションシステムが登場しています, これにより、ユーザーは未知の建物で自分の道を見つけやすくなります.

未来の建物のアイデアは、エレベータがセンサーを使用して、すぐに欠陥が予想されることを報告し、サービス技術者に通知するというものです。. これは建物に入り、電子ドアロックに必要なロック認証を自動的に受け取り、Bluetoothビーコンを使用してアプリによって対応するサービスルームに案内されます. そこに着いたら, エレベーターのビーコンはデバイスの現在のサービスマニュアルにリンクしており、技術者は以前のメンテナンスと修理の履歴を呼び出すことができます.

技術の応用分野は多様であり、, 後付けが容易なため, 既存のビーコンインフラストラクチャにも興味深い.

アーヘンのクリニックを訪れたことのある人なら誰でも、曲がりくねった廊下を迂回するための屋内ナビゲーションの価値を高く評価するでしょう。. そこ, 一部のステーションにはビーコンが装備されているため、患者の部分的なナビゲーションが可能です。. 残念ながら, クリニック全体にビーコンが装備されていませんでした, しかし、ごく少数の地域でのみ. 概念実証として, 興味深いプロジェクト, しかし、包括的な拡張はありません, ユーザーの受け入れはほとんど達成できません.

同様に, 博物館は展示物のビーコンで簡単に拡張でき、以前の音声ガイドは博物館アプリに置き換えることができます. これにより、個別の訪問を超えた顧客ロイヤルティも可能になります. 調査によると、多くのユーザーがアクセス後にモバイルデバイスにアプリを残しています. この, 順番に, オペレーターが新しい展示会やプロモーションについて訪問者に通知できるようにします.

見本市もこのテクノロジーの恩恵を受けることができます. BLEテクノロジーを搭載した見本市アプリは、ユーザーに屋内ナビゲーションや見本市ガイダンスを提供するだけでなく、訪問者の流れを分析および制御する機会をオペレーターに提供します. ホールが混雑している場合, 現在、他のホールにはほとんど来場者がいないことを知っていただければ幸いです。.

もちろん, その後、アプリのユーザーは、おそらく空のホールで、すべてのユーザーがスマートフォンと見本市のアプリなしで動き回っているのを体験できます, システムが「見た」ことはありません. 典型的なユーザーの行動に基づいて (または統計的平均によると) そして適切なソフトウェアで, しかしながら, それに応じて良い予測をすることができます.

ビーコン技術を備えた建物のエリア全体の供給はまた、多数の新しい使用概念を提供します. 使用されていない会議室は掃除する必要はありません (またはそれ以下の頻度). そして、使用されたことのない会議室は、おそらくより有効に活用される可能性があります. 対応するエリアの使用プロファイルを取得するために、匿名データを使用できます。.

Bluetoothビーコンを使用した場所

ビーコンデバイスを使用する場合、3つの異なるユースケースがあります, これらは以下でより詳細に説明され、概略的に示されています.

ビーコンのさまざまな使用方法; 左: 静止ビーコンを介したナビゲーション; 中間: オブジェクト上のビーコンを移動することによる追跡; 正しい: 両方の方法の組み合わせ

屋内ナビゲーションの可能なセットアップは、ビーコンがしっかりと配置されており、アプリケーションが各ビーコンがどこにあるかを知っていることを前提としています. ビーコンインフラストラクチャ内の位置は、三辺測量によって決定できます. 原則として, モバイルデバイスの追加センサーが使用されます. 位置決定は、加速度センサーによってサポートされます, 現在のすべての携帯電話にインストールされています.

資産追跡あり, ビーコンがどこにあるか知りたい. したがって、ローカライズされるコンポーネントにはビーコンが装備されており、インフラストラクチャ内に配置できます。. ヘルスケア分野, 例えば, これは現在非常に関連性の高いアプリケーションであり、ますます頻繁に計画する必要があります. オペレーターは、特定のリソースがどこにあるかを知りたい.

この背後にある考え方は、リソースをより適切に計画し、対応するコンポーネントを探すために費やす時間を短縮するために使用できるということです。. 追加の副作用は、実際の使用に関する情報も取得することです. このアプリケーションでは, 追加のBLEテクノロジーを備えたWLANアクセスポイントがよく使用されます.

そのようなインフラストラクチャが使用されている場合, 両方の方法を組み合わせて、屋内ナビゲーションと資産追跡の両方を有効にすることもできます, したがって、建物の使用のための付加価値を作成します. ビーコンの価格が安いため, これは高い投資コストとは関係ありません. このテクノロジーを1つの領域で展開し始めてから、少しずつ拡張することができます。. しかしながら, より多くのビーコンが必ずしも位置精度を改善しないことに注意する必要があります. ビーコン信号が多すぎる場合, 精度が再び低下します [で 2015]. 幅広いユーザビリティを実現するため, ビーコンインフラストラクチャの慎重な計画は賢明で必要です.

ビーコン資産追跡の計画基盤

この文脈では, 資産追跡とは、オブジェクトのビーコンベースの追跡を意味します, 等. これの基礎は通常、追跡対象のオブジェクトに配置された移動するBluetoothビーコンの追跡です。. これらのビーコンは、適切なBluetoothレシーバーによってローカライズされます. したがって、ビーコンを受信するBLEレシーバーのインフラストラクチャが必要です. 基盤となるビーコンインフラストラクチャは、データを評価し、最終的にビーコンの位置を決定できます.

三辺測量を使用した位置決定

三辺測量を使用した位置決定

技術的および計画的観点から, これは、WLANアクセスポイントを使用したパケットの信号強度に基づくWLANエンドデバイスの場所を非常に彷彿とさせます。. WLANを使用する場所とは対照的に, BLEに必要な受信ステーションの数は多くの場合少なくなります. 最終的には, しかしながら, これは構造環境に依存します, アプリケーションの精度要件およびその他のフレームワークパラメータ. したがって、計画の一部はWLAN計画に匹敵します。. ラジオセルに似ています, 対応するカバレッジエリアを定義して計画する必要があります.

したがって、プロフェッショナル環境で利用可能なWLANアクセスポイントの多くが現在も青色になっていることは驚くことではありません。
歯の無線モジュールを持参してください. したがって、対応するBluetoothビーコンインフラストラクチャは、WLANインフラストラクチャを介してすでに作成されています。. 大部分は, 資産追跡アプリケーションの計画は、ほぼ古典的なインフラストラクチャ計画です.

WLAN計画ツールは、Bluetooth計画の最初の基本機能をサポートするようになりました [openreality.com]. WLANと同様のBLEカバレッジは、人気のあるEkahau SiteSurveyツールでシミュレートできます。. 機能は現在、十分な信号強度を持つ最小数のビーコンを受信できる無線セルの表示に制限されています。. 残念ながら, 現在のバージョンでは、位置精度に関する直接的な結論はまだ得られていません。.

ビーコンの管理には、対応するプラットフォームが必要です, 位置決定および場合によっては他の管理機能. こちらも, WLANメーカーからの対応するソリューションがあります.

このようなアーキテクチャにより、バッテリ駆動のビーコンを監視することもできます。. システムが設置されたビーコンのステータスを返すことができるため、実装後数年で予想されるバッテリー交換を簡素化できます。. メーカーの情報と構成によって異なります, バッテリーは、しばらくしてから交換する必要がある場合があります 3 そしてさえ 8 年. 他の運用タスクも、ビーコンインフラストラクチャを文書化し、アーキテクチャ全体を維持する必要があるという事実から生じます。. 加えて, 安全関連の側面, 現在のソフトウェアおよびファームウェアバージョンの更新など, 考慮して実行する必要があります. 対応する努力を考慮に入れる必要があります.

アーキテクチャに加えて, もう1つの重要なタスクは、それに基づくアプリケーションの計画です。. 全体, したがって、インフラストラクチャの概念について構造化された計画を提供する必要があるだけではありません。, だけでなく、アプリケーションの実装のために. これには、要件分析が含まれます, 大まかなコンセプト, ビーコンインフラストラクチャの要件の定義 (必要な精度からエリアカバレッジまたはカバレッジエリアまで) およびアプリケーションとユーザーインターフェイスの対応する詳細.

恒久的にインストールされているアセットは、アセットトラッキングのBluetoothアーキテクチャの基盤として機能するため, 従来のWLAN計画に類似した計画が役立ちます. 結果は、WLAN計画に匹敵する手順です。. ここで、ビーコンの位置を計画するために必要なドラフトは通常少ないことに留意する必要があります。. この理由の1つは、ビーコンの価格が低く、インフラストラクチャの要件がほとんど低いことです。. 加えて, 追跡およびトレースアプリケーションの場合, WLANインフラストラクチャも使用する場合は、WLAN計画によって特定の割合がすでに事前に決定されています。.

図に示す計画の個々の側面 5 したがって、同じ深さを必要とせずに、従来のWLAN計画に似ています. インフラストラクチャを計画するとき, アプリケーションのパラメータを知り、考慮することはすでに重要です, 必要な位置精度など. したがって、アプリケーション開発と相互リンクすると便利なことがよくあります。. インフラストラクチャベースのBluetoothアーキテクチャを計画するための重要な要件は、特にBluetoothで実装されるアプリケーションの要件です。. 資産追跡に関連して, これらには、エリアカバレッジと必要な場所の精度が含まれます. どの建物で決定する必要があります (または地形) 対応する精度が必要な領域. これにより、ロケーションに使用されるBLEレシーバーの必要な密度が得られます。.

WLAN計画に類似したBluetooth計画の構造

計画の基本ナビゲーション / アプリベースのアプリケーション

上記のビーコンを備えた物体の位置とは対照的に, スマートフォンアプリでの一般的なナビゲーションまたは場所の決定には、大規模なビーコンインフラストラクチャは必要ありません.

Bluetoothビーコンは通常、ここでインフラストラクチャを形成します. この, ネットワーク内の対応するサービスによって補完されます, 場所の決定には十分です. スマートフォンまたはアプリはいくつかのビーコンを受信します. これに基づいて, 対応するサービスは、データ接続を介して位置を計算できます, WLANやモバイルラジオなど. WLANアクセスポイントに匹敵するインフラストラクチャが必要ない場合でも, 特定のアーキテクチャがまだ必要です. それに応じて、バックエンドで可用性要件が発生します. これらは、他のネットワークインフラストラクチャの要件に匹敵する可能性があります.

正確な位置を決定するには, スマートフォンは、十分な数のBLEビーコンを受信して​​評価する必要があります. メーカーによって異なります, ここでは、WLANアクセスポイントにインストールされているBluetoothモジュールを使用してビーコンを監視し、ビーコンを監視することで運用コストを制御することも意味があります。.

同様に, アクセスポイントのBluetooth送信機は、ビーコンとして使用されることがよくあります. WLANインフラストラクチャ, したがって, 追加の目的を果たし、したがって、ビーコンを備えた非バッテリー操作の基本的な供給を形成します. 特別なメーカー固有の特別な形状も言及する価値があります. 例えば, シスコはいわゆるビーコンポイントを提供しています. 同じメーカーのバックエンドインフラストラクチャとの組み合わせ, これにより、の柔軟な配置が可能になります “バーチャル” 対応する有線BLEインフラストラクチャによるビーコン. 対応する受信特性とハードウェアおよびソフトウェアを備えたセクターアンテナを使用して、部屋の位置に応じて異なるビーコンを受信できるようにします。. 次に、その背後にあるシステムが位置を計算します.

とにかく, 計画とテストは、実装前に行う必要があります. 異なる精度要件は、実装に対応する違いをもたらします. 従来のアプリベースの場所とナビゲーションの場合にビーコンの位置を計画するとき, WLAN計画の計画手順には明らかな違いがあります. これは主に、従来のインフラストラクチャがないか、限られた範囲でしか構築されていないという事実によるものです。 (メーカーによって異なります).

これにより、位置計画の一部としてのパッシブインフラストラクチャの計画などのポイントが排除されます。. それにもかかわらず, フレームワークのパラメータと要件を定義する必要があります, ビーコンの位置を選択する際には、エリアカバレッジと位置精度の要件を考慮する必要があるためです。. 多くの場合、ここでも注意する必要があります, 特に電池式のビーコンの場合, 追加のビーコンによるその後の適応または補足は、比較的少ない労力で可能です。.

概要

これは、Bluetoothが関連するアプリケーションのためにますます関連性を増していることを明確に示しています. また、このテクノロジーは、多くのアプリケーションで他のネットワークビーコンインフラストラクチャテクノロジーから完全に切り離されて機能しますが、, よく見る, したがって、構造化された計画は有用で有用です.

これは、アプリケーションの計画から始まり、WLANなどのネットワークテクノロジーへの影響の計画まで続きます。. Bluetooth計画は、ネットワーク計画の古典的な側面を無視することはできません, 要件分析など, 供給エリアの定義, 等.

現在WLANインフラストラクチャを計画している場合, あなたはビーコン技術に対処する必要があります, それは低い投資コストで使用するための大きな付加価値を表すことができるので. 従来の計画ソフトウェアは現在、BLEインフラストラクチャの現実的なシミュレーションを部分的にしか作成できません。. しかしながら, これは、頻度が増えるとすぐに可能になり、, とりわけ, 詳細レベルの向上. 必要な計画オプションへの最初のアプローチは、対応するソフトウェアにあります。.

アプリケーションに応じて, アプリケーションのビーコンインフラストラクチャの計画は、従来のネットワークよりも低くなる可能性があります, 多くの場合、ソフトウェアやスマートフォンアプリに焦点が当てられているため. したがって、運用上の責任がITによく見られることを過小評価してはなりません。. 遅くとも、WLAN経由の接続またはWLANインフラストラクチャを介したBLEサポートが必要な場合, IT部門に新たな責任が発生します. 全体, 追加の努力があります. このために, あまりにも, Bluetoothは、ITの現在の計画と戦略的方向性において役割を果たす必要があり、考慮に入れる必要があります。.

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