Technische basisprincipes van Bluetooth Beacon Infrastructure

Beacon Infrastructuur

In dit artikel, we willen vooral de implementatie en planning van bijbehorende applicaties en de bakeninfrastructuur aanpakken. Toepassingen op basis van BLE bakens komen steeds vaker voor. Deze applicaties, met name, stimuleren momenteel de behoefte aan gestructureerde planning. Op deze manier, Bluetooth blijft zich ontwikkelen als onderwerp in onze projecten en wordt steeds belangrijker.

Behalve voor dergelijke gerechtvaardigde voorbehouden, het gebruik van Bluetooth-toepassingen kan een echte meerwaarde bieden. Zoals bij elke toepassing, het individuele geval moet worden overwogen. In tegenstelling tot veel van wat we beschouwen in ons klassieke dagelijkse advies, bijvoorbeeld, bakenstoepassingen in de industrie en vooral in de productie zijn vrij zeldzaam. Op andere gebieden, bijvoorbeeld, waarbij een smartphone een centraal hulpmiddel is, zoals in de kantooromgeving, dit kan er aanzienlijk anders uitzien. Daarom, een blik op de scope, het voordeel en de planningsaanpak van dergelijke toepassingen, wat nodig kan zijn, is relevant en nuttig.

Voor Bluetooth zelf, de smartphone of de verbinding met een navenant wijdverbreid en beschikbaar systeem is meestal een belangrijke basis. De selectie van de beschikbare applicaties, daarom, gaat verder dan de smartphoneverbindingen met het handsfreesysteem of de headset of van de laptop naar verschillende randapparatuur. Er zijn steeds meer toepassingen die op Bluetooth-basis hun weg vinden naar moderne gebouwen.

Als er steeds meer toepassingen (bijv. smartphone-apps) zijn gebaseerd op BLE-bakens en vereisen een geschikte bakensinfrastructuur, de planning van de Bluetooth-voorziening wordt steeds belangrijker. Er moet altijd een gestructureerde planning worden gemaakt, vooral als hier productiekritische eisen van toepassing zijn.

In deze context, dit betreft niet alleen de basisaspecten zoals de plaatsing van de zender en ontvanger. Ook andere aspecten die we kennen uit de klassieke netwerkplanning spelen een steeds belangrijkere rol.

Misschien wel het belangrijkste voorbeeld hier is beveiliging. Gezien de momenteel gepubliceerde beveiligingslekken in veel Bluetooth-implementaties, dit wordt opnieuw duidelijk. De codering die onder Bluetooth wordt gebruikt, is kwetsbaar. In typische baken-toepassingen, dit is vaak niet zo relevant. Echter, zodra andere toepassingen van Bluetooth een rol spelen, beveiligingsbeheer is van overeenkomstig belang.

Technische basisprincipes van bakeninfrastructuur

Er zijn momenteel een groot aantal verschillende bakenstandaarden, de vier bekendste zijn iBeacon, Eddystone, uiBeacon, en ALT-Beacon. De eerste twee standaarden zijn bijzonder relevant omdat ze worden ondersteund door Apple (iBeacon) en Google (Eddystone). Het maakt niet uit of de gebruiker een iPhone gebruikt, Android- of Windows-besturingssysteem op hun mobiele apparaat. De signalen worden door alle apparaten begrepen. Het iBeacon-protocol wordt ondersteund sinds de Android-versie 4.3.

Omdat de verschillende bakenprotocollen allemaal deel uitmaken van de Bluetooth Low Energy Standard, de structuur lijkt erg op elkaar. Het datapakket van iBeacon wordt daarom nader geïllustreerd. Dit maakt deel uit van de Bluetooth Low Energy Payload, die op zijn beurt deel uitmaakt van de Protocol Data Unit (PDU) van het werkelijke BLE-frame. Dit betekent dat 31 uit 47 bytes kunnen worden gebruikt voor de iBeacon-gegevens binnen één BLE-frame. De hoeveelheid gegevens lijkt klein, maar het concept van bakens vereist dat de intelligentie in de app zit en niet in het baken zelf.

De datastructuur van het iBeacon-frame binnen Bluetooth Low Energy

beacon infrastructure

Ongeacht de individuele protocollen, bakens bieden altijd verschillende stukjes informatie die ze met vaste tussenpozen verzenden. Dit zijn de waarden voor de Universally Unique Identifier (UUID), Majoor, Minor, en TX Power. De eerste heeft een datavolume van 128 stukjes. Dit resulteert in 160 stukjes gebruikersgegevens die kunnen worden verzonden met behulp van een baken. Dit maakt een goede structurering van verschillende informatie voor verschillende toepassingen mogelijk. Bijvoorbeeld, de UUID kan verwijzen naar het bedrijf, major voor een gebouw en minor voor een specifieke positie binnen het gebouw.

De TX Power-waarde is ervoor verantwoordelijk dat het eindapparaat de afstand tot het baken kan schatten. Daar, het apparaat verzendt de informatie over zijn eigen signaalsterkte in de vorm van twee-complement. Dus, bijvoorbeeld, de waarde 0xC8 = 200, twee complement = 256-200 = 56 en dus een gecodeerde signaalsterkte van -56 dBm van het bakensignaal. Dit is een indicator van de ontvangen signaalsterkte-indicator (RSSI) en geeft aan hoe sterk het signaal moet zijn wanneer het op één meter van het object wordt gemeten. Natuurlijk, Hierbij wordt geen rekening gehouden met de werkelijk bestaande omstandigheden. Een muur of een persoon tussen het baken en de ontvanger kan de gemeten veldsterkte sterk beïnvloeden. Voor de ontvanger van het signaal, het is niet te zien of het signaal ver weg is, of het de echo is van een signaal dat eigenlijk dichterbij is, of er een obstakel is tussen de zender en de ontvanger. niettemin, deze waarde maakt een verbeterde positioneringsnauwkeurigheid mogelijk voor de positiebepaling in relatie tot de positie van het baken.

Beacon-toepassingen in moderne gebouwen

In moderne gebouwen, er zijn steeds meer toepassingen die naast de klassieke kantoorcommunicatie een dataverbinding vereisen. Hier bedoelen we niet alleen de aansluiting van de periferie van de werkplek, zoals de muis, toetsenbord of de headset.

De verbinding voor veel andere eindapparaten vereist vaak niet het klassieke bekabelde netwerk. Een verbinding via WLAN is hier nu vaak het standaardgeval. En zelfs bij klantprojecten waar het bekabelde netwerk nog steeds de boventoon voert, de tendens naar draadloze toepassingen is vaak duidelijk. Vandaag al, maar vooral bij het bouwen aan de toekomst, Aangenomen mag worden dat steeds meer eindapparaten draadloos worden aangesloten. Een gevolg van deze ontwikkeling is, met name, die uitgebreide WLAN-dekking is vaak vereist. Gebaseerd op dit feit, een hele reeks Bluetooth-toepassingen op basis van BLE-bakens vereisen een tweede gegevensverbinding via mobiel of WLAN.

Een typische BLE-bakenapplicatie is niet de enige, maar vereist een extra gegevensverbinding. Services en services die beschikbaar zijn op het netwerk, kunnen worden bereikt zoals weergegeven. In geval van twijfel, deze verbinding moet worden gepland en voorzien.

Een locatieafhankelijke applicatie is de meest voor de hand liggende applicatie voor beacons. Voor dit doeleinde, bijvoorbeeld, in het winkelgebied met veel bakens, er is geprobeerd het koopgedrag van klanten te analyseren en te beïnvloeden. Dit “nabijheidsmarketing” heeft weinig succes gehad, tenminste in Europa, en er verschijnen nu steeds meer indoor navigatiesystemen, die het voor gebruikers gemakkelijker moeten maken om hun weg te vinden in een onbekend gebouw.

Het idee in het bouwen van de toekomst gaat zo ver dat de lift zijn sensoren gebruikt om te melden dat hij binnenkort een defect verwacht en de servicetechnicus op de hoogte stelt. Deze komt het gebouw binnen en krijgt automatisch de vereiste sluitautorisaties voor de elektronische deursloten en wordt door de app via Bluetooth-bakens naar de betreffende serviceruimte geleid. Eenmaal daar, een baken op de lift linkt naar de huidige servicehandleiding van het apparaat en de technicus kan de geschiedenis van eerder onderhoud en reparaties opvragen.

De toepassingsgebieden van de technologie zijn divers en, vanwege het gemak van montage achteraf, ook interessant voor bestaande beaconinfrastructuur.

Iedereen die ooit de kliniek in Aken heeft bezocht, zal de waarde van indoor navigatie waarderen om zijn weg te vinden in de kronkelende gangen. Daar, sommige stations zijn uitgerust met bakens en maken zo gedeeltelijke navigatie voor de patiënt mogelijk. helaas, de hele kliniek was niet uitgerust met bakens, maar slechts in zeer weinig gebieden. Als proof-of-concept, een interessant project, maar zonder een uitgebreide uitbreiding, acceptatie door de gebruiker zal nauwelijks haalbaar zijn.

Zo ook, een museum kan eenvoudig worden uitgebreid met bakens op de exposities en de eerdere audiogidsen kunnen worden vervangen door een museumapp. Dit maakt ook klantenbinding mogelijk buiten het individuele bezoek. Uit onderzoek blijkt dat veel gebruikers na een bezoek de app op hun mobiele apparaat verlaten. Dit, op zijn beurt, stelt de exploitant in staat de bezoeker te informeren over nieuwe tentoonstellingen of acties.

Ook een beurs kan profiteren van deze technologie. Een beurs-app met BLE-technologie maakt niet alleen indoor navigatie of beursbegeleiding voor de gebruiker mogelijk, maar biedt de exploitant ook de mogelijkheid om de bezoekersstroom te analyseren en te controleren. Als een zaal overvol is, gebruikers zullen dankbaar zijn te vernemen dat een andere hal momenteel nauwelijks bezoekers heeft.

Natuurlijk, voor de app-gebruiker kan dan worden ervaren dat in de zogenaamd lege hal alle gebruikers ravotten zonder de smartphone en beurs-app, die het systeem niet heeft "gezien". Op basis van het typische gebruikersgedrag (of volgens het statistische gemiddelde) en met de juiste software, echter, vaak kan een navenant goede voorspelling worden gedaan.

De gebiedsbrede levering van een gebouw met beacon-technologie biedt ook een veelvoud aan nieuwe gebruiksconcepten. Een vergaderruimte die niet is gebruikt, hoeft niet schoongemaakt te worden (of minder vaak). En een vergaderruimte die nooit wordt gebruikt, kan wellicht beter worden benut. Hiervoor kunnen anonieme gegevens worden gebruikt om een ​​gebruiksprofiel van het betreffende gebied te krijgen.

Locatie met behulp van bluetooth-bakens

Er zijn drie verschillende gebruikssituaties bij het gebruik van bakensapparaten, die hieronder nader worden toegelicht en schematisch worden weergegeven.

Verschillende manieren om het baken te gebruiken; links: navigatie door stationaire bakens; midden-: volgen door bakens op objecten te verplaatsen; Rechtsaf: de combinatie van beide methoden

Een mogelijke opstelling voor indoor navigatie gaat ervan uit dat de bakens stevig gepositioneerd zijn en de applicatie weet waar elk baken zich bevindt. De positie binnen de bakeninfrastructuur kan worden bepaald door middel van trilateratie. Als een regel, de extra sensoren van de mobiele apparaten worden gebruikt. De positiebepaling kan worden ondersteund door de versnellingssensoren, die zijn geïnstalleerd in alle huidige mobiele telefoons.

Met asset tracking, je wilt weten waar de bakens zich bevinden. De te lokaliseren componenten zijn daarom voorzien van bakens en kunnen vervolgens binnen de infrastructuur worden geplaatst. In de zorgsector, bijvoorbeeld, dit is momenteel een zeer relevante applicatie die steeds vaker gepland moet worden. De operator wil graag weten waar bepaalde bronnen zich bevinden.

Het idee hierachter is dat u het kunt gebruiken om resources beter te plannen en minder tijd te besteden aan het zoeken naar de bijbehorende component. Bijkomend neveneffect is dat je ook informatie krijgt over het daadwerkelijke gebruik. In deze applicatie, Vaak worden WLAN-toegangspunten met aanvullende BLE-technologie gebruikt.

Als een dergelijke infrastructuur wordt gebruikt, u kunt beide methoden ook combineren en zowel indoor navigatie als asset tracking inschakelen, waardoor een meerwaarde ontstaat voor het gebruik van het gebouw. Vanwege de lage prijs van de bakens, dit gaat niet gepaard met hoge investeringskosten. Je kunt deze technologie in één gebied gaan uitrollen en vervolgens stukje bij beetje uitbreiden. Echter, Opgemerkt moet worden dat meer bakens niet noodzakelijkerwijs de locatienauwkeurigheid verbeteren. Als er te veel bakensignalen zijn, de nauwkeurigheid neemt weer af [Bij de 2015]. Om brede bruikbaarheid te bereiken, een zorgvuldige planning van de bakeninfrastructuur is verstandig en noodzakelijk.

Planningsbasis voor het volgen van bakenactiva

In deze context, asset tracking betekent een op baken gebaseerde tracking van objecten, enzovoort. De basis hiervoor is meestal het volgen van bewegende Bluetooth bakens die op te volgen objecten worden geplaatst. Deze bakens worden gelokaliseerd door geschikte Bluetooth-ontvangers. Je hebt dus een infrastructuur nodig van BLE-ontvangers die de bakens ontvangen. Een onderliggende beacon-infrastructuur kan de data evalueren en uiteindelijk de positie van het beacon bepalen.

Positiebepaling met behulp van trilateratie

Positiebepaling met behulp van trilateratie

Vanuit technisch en planningsperspectief, dit doet sterk denken aan de locatie van WLAN-eindapparaten op basis van de signaalsterkte van hun pakketten die de WLAN-toegangspunten gebruiken. In tegenstelling tot de locatie met WLAN, het aantal ontvangende stations dat nodig is voor BLE is vaak lager. Uiteindelijk, echter, dit hangt af van de bouwkundige omgeving, de nauwkeurigheidsvereisten van de toepassing en andere kaderparameters. Een deel van de planning is daarom vergelijkbaar met WLAN-planning. Net als bij radiocellen, overeenkomstige dekkingsgebieden moeten worden gedefinieerd en gepland.

Het is dan ook niet verwonderlijk dat veel van de WLAN-toegangspunten die in professionele omgevingen beschikbaar zijn, nu ook blauw zijn
Breng een tandradiomodule. Een bijbehorende Bluetooth-beacon-infrastructuur wordt dus al gecreëerd via de WLAN-infrastructuur. Grotendeels, planning voor asset-trackingtoepassingen is een bijna klassieke infrastructuurplanning.

WLAN-planningstools ondersteunen nu de eerste basisfuncties voor Bluetooth-planning [openreality.com]. BLE-dekking vergelijkbaar met WLAN kan worden gesimuleerd in de populaire Ekahau Site Survey-tool. De functionaliteit is momenteel beperkt tot het weergeven van radiocellen waarin een minimum aantal bakens met voldoende signaalsterkte kan worden ontvangen. helaas, een directe conclusie over de locatienauwkeurigheid is in de huidige versie nog niet mogelijk.

Voor het beheer van de bakens is een bijbehorend platform nodig, de positiebepaling en eventueel andere managementfuncties. Ook hier, er zijn overeenkomstige oplossingen van WLAN-fabrikanten.

Zo'n architectuur maakt het ook mogelijk om de batterijgevoede bakens te bewaken. De batterijvervanging die een paar jaar na implementatie wordt verwacht, kan worden vereenvoudigd omdat het systeem de status van de geïnstalleerde bakens kan retourneren. Afhankelijk van de informatie van de fabrikant en de configuratie, de batterijen moeten mogelijk worden vervangen na een tussenperiode 3 en zelfs 8 jaar. Andere operationele taken vloeien ook voort uit het feit dat de beacon-infrastructuur moet worden gedocumenteerd en de volledige architectuur moet worden onderhouden. In aanvulling op, veiligheidsrelevante aspecten, zoals updates voor de huidige software- en firmwareversies, rekening gehouden en uitgevoerd. Er moet rekening worden gehouden met de bijbehorende inspanning.

Naast de architectuur, een andere belangrijke taak is het op basis daarvan plannen van de applicatie. Al met al, het is daarom niet alleen nodig om een ​​gestructureerde planning te geven voor het ontwerp van de infrastructuur, maar ook voor de uitvoering van de applicatie. Dit omvat dan een behoefteanalyse, een ruw concept, de definitie van de vereisten voor de bakeninfrastructuur (van de vereiste nauwkeurigheid tot het dekkingsgebied of de dekkingsgebieden) en de overeenkomstige details van de applicatie en gebruikersinterface.

Omdat een asset dat permanent is geïnstalleerd, dient als de basis van de Bluetooth-architectuur voor asset-tracking, planning analoog aan klassieke WLAN-planning is nuttig. Het resultaat is een procedure vergelijkbaar met WLAN-planning. Houd er hierbij rekening mee dat het plannen van bakenposities doorgaans minder diepgang vereist. Een reden hiervoor is de lage prijs van de bakens en de veelal lage infrastructuurvereisten. In aanvulling op, in het geval van tracking en tracing applicaties, een bepaald aandeel is al vooraf bepaald door de WLAN-planning als ook de WLAN-infrastructuur moet worden gebruikt.

De afzonderlijke aspecten van planning weergegeven in figuur 5 lijken dus op klassieke WLAN-planning zonder dezelfde diepte te vereisen. Bij het plannen van de infrastructuur, het is al belangrijk om de parameters van de applicatie te kennen en er rekening mee te houden, zoals de vereiste locatienauwkeurigheid. Koppeling met applicatieontwikkeling is daarom vaak zinvol. Belangrijke vereisten voor het plannen van een op infrastructuur gebaseerde Bluetooth-architectuur zijn met name de vereisten van de applicatie die met Bluetooth moet worden geïmplementeerd. In verband met asset tracking, deze omvatten de dekking van het gebied en de nauwkeurigheid van de gewenste locatie. In welk gebouw moet worden bepaald (of terrein) gebieden een overeenkomstige nauwkeurigheid is vereist. Dit resulteert vervolgens in de vereiste dichtheid van de BLE-ontvangers die worden gebruikt voor locatie.

Structuur van Bluetooth-planning analoog aan WLAN-planning

Planning basisnavigatie / app-gebaseerde applicaties

In tegenstelling tot de locatie van objecten die zijn uitgerust met een baken zoals hierboven beschreven, de typische navigatie of locatiebepaling in een smartphone-app vereist geen uitgebreide beacon-infrastructuur.

De Bluetooth-bakens vormen hier typisch de infrastructuur. Dit, aangevuld met een overeenkomstige dienst in het netwerk, is voldoende voor locatiebepaling. De smartphone of app ontvangt meerdere bakens. Op deze basis, een bijbehorende dienst kan dan via een dataverbinding de positie berekenen, zoals WLAN of mobiele radio. Zelfs als een infrastructuur vergelijkbaar met WLAN-toegangspunten niet nodig is, een bepaalde architectuur is nog steeds vereist. Beschikbaarheidsvereisten ontstaan ​​dienovereenkomstig op de backend. Deze kunnen vergelijkbaar zijn met de eisen voor andere netwerkinfrastructuur.

Om de exacte positie te bepalen, de smartphone moet een voldoende aantal BLE-bakens ontvangen en evalueren. Afhankelijk van de fabrikant, het kan hier ook zinvol zijn om de Bluetooth-modules die in WLAN-toegangspunten zijn geïnstalleerd te gebruiken om de bakens te bewaken om de operationele uitgaven te beheersen door de bakens te bewaken.

hetzelfde, de Bluetooth-zenders in toegangspunten kunnen vaak als bakens worden gebruikt. De WLAN-infrastructuur, daarom, vervult een bijkomend doel en vormt zo een niet-batterijgevoede basisvoeding met bakens. Speciale fabrikantspecifieke speciale vormen zijn ook het vermelden waard. Bijvoorbeeld, Cisco biedt zogenaamde beaconpoints aan. In combinatie met de backend-infrastructuur van dezelfde fabrikant, dit maakt de flexibele plaatsing van “virtueel” bakens door middel van een bijbehorende bedrade BLE-infrastructuur. Sectorantennes met overeenkomstige ontvangstkarakteristieken en hardware en software worden gebruikt om verschillende bakens te ontvangen, afhankelijk van de positie in de kamer. Het systeem erachter berekent vervolgens de positie.

In elk geval, planning en testen moeten plaatsvinden vóór implementatie. De verschillende nauwkeurigheidseisen maken een overeenkomstig verschil in implementatie. Bij het plannen van de bakenposities in het geval van klassieke app-gebaseerde locatie en navigatie, er is een duidelijk verschil met de planningsprocedure voor WLAN-planning. Dit komt vooral doordat er doorgaans geen klassieke infrastructuur is of dat deze maar beperkt wordt opgebouwd (afhankelijk van de fabrikant).

Dit elimineert punten zoals de planning van de passieve infrastructuur als onderdeel van positieplanning. niettemin, kaderparameters en vereisten moeten worden gedefinieerd, aangezien de gebiedsdekking en de vereisten voor locatienauwkeurigheid in aanmerking moeten worden genomen bij het kiezen van de bakenposities. Hierbij moet ook worden opgemerkt dat in veel gevallen, in het bijzonder in het geval van bakens op batterijen, latere aanpassing of aanvulling door extra bakens is mogelijk met relatief weinig inspanning.

Samenvatting

Het laat duidelijk zien dat Bluetooth door de bijbehorende applicaties steeds relevanter wordt. En hoewel de technologie in veel toepassingen nogal losstaat van andere netwerkbakeninfrastructuurtechnologieën, onder de loep, en dus is gestructureerde planning nuttig en nuttig.

Dit begint bij de planning van de toepassingen en loopt door tot de planning van de invloed op netwerktechnologieën zoals WLAN. Bluetooth-planning kan de klassieke aspecten van netwerkplanning niet negeren, zoals vereistenanalyse, de definitie van voorzieningsgebieden, enzovoort.

Als u momenteel een WLAN-infrastructuur plant, je moet omgaan met baken-technologie, omdat het een grote meerwaarde kan betekenen voor gebruik met lage investeringskosten. De klassieke planningssoftware is momenteel slechts gedeeltelijk in staat om een ​​realistische simulatie van BLE-infrastructuren te maken. Echter, dit zal binnenkort mogelijk zijn met toenemende frequentie en, bovenal, winst in detailniveau. De eerste benaderingen van de benodigde planningsmogelijkheden zijn nu te vinden in de bijbehorende software.

Afhankelijk van de toepassing, de bakeninfrastructuurplanning voor applicaties kan lager zijn dan voor een klassiek netwerk, omdat de focus vaak op de software of smartphone-app ligt. Het mag daarom niet worden onderschat dat operationele verantwoordelijkheid vaak wordt gezien in IT. Uiterlijk wanneer een verbinding via WLAN of BLE-ondersteuning via de WLAN-infrastructuur vereist is, er ontstaat een nieuwe verantwoordelijkheid op de IT-afdeling. Al met al, er is een extra inspanning. Om deze reden, te, Bluetooth moet een rol spelen in de huidige planning en de strategische oriëntatie van IT en er moet rekening mee worden gehouden.

Praat met een expert