Loja
Neste artigo, abordaremos principalmente a implementação e o planejamento de aplicações correspondentes e a infraestrutura de beacons. Aplicações baseadas em beacons BLE estão se tornando cada vez mais comuns. Essas aplicações, em particular, estão impulsionando a necessidade de um planejamento estruturado. Dessa forma, o Bluetooth continua a se desenvolver como um tópico em nossos projetos e a ganhar cada vez mais importância.
Exceto por tais reservas justificadas, o uso de aplicativos Bluetooth pode oferecer um valor agregado real. Como em qualquer aplicação, o caso individual deve ser considerado. Ao contrário de muito do que consideramos em nossa consultoria cotidiana clássica, por exemplo, aplicações de beacon na indústria e especialmente na produção são bastante raras. Em outras áreas, por exemplo, onde um smartphone é uma ferramenta central, como no ambiente de escritório, isso pode parecer significativamente diferente. Portanto, uma análise do escopo, dos benefícios e da abordagem de planejamento de tais aplicações, que pode ser necessária, é relevante e útil.
Para o Bluetooth em si, o smartphone ou a conexão com um sistema correspondentemente difundido e disponível costuma ser uma base importante. A seleção dos aplicativos disponíveis, portanto, vai além das conexões do smartphone ao sistema viva-voz ou ao fone de ouvido, ou do laptop a diversos dispositivos periféricos. Há cada vez mais aplicativos que estão chegando aos edifícios modernos com base no Bluetooth.
À medida que cada vez mais aplicações (por exemplo, aplicativos para smartphones) são baseadas em beacons BLE e exigem uma infraestrutura de beacon adequada, o planejamento do fornecimento de Bluetooth torna-se cada vez mais importante. Um planejamento estruturado deve ser sempre realizado, especialmente se requisitos críticos de produção se aplicarem aqui.
Nesse contexto, não se trata apenas de aspectos básicos, como o posicionamento do transmissor e do receptor. Outros aspectos que conhecemos do planejamento clássico de redes também desempenham um papel cada vez mais importante.
Talvez o exemplo mais importante aqui seja a segurança. Considerando as lacunas de segurança atualmente publicadas em muitas implementações de Bluetooth, isso se torna óbvio mais uma vez. A criptografia usada no Bluetooth é vulnerável. Em aplicações típicas de beacon, isso pode não ser tão relevante. No entanto, assim que outros usos do Bluetooth desempenham um papel, o gerenciamento da segurança assume a mesma importância.
Noções básicas técnicas de infraestrutura de beacon
Atualmente, existe um grande número de padrões de beacon, sendo os quatro mais conhecidos o iBeacon, o Eddystone, o uiBeacon e o ALT-Beacon. Os dois primeiros padrões são particularmente relevantes porque são suportados pela Apple (iBeacon) e pelo Google (Eddystone). Não importa se o usuário utiliza um iPhone, Android ou Windows em seu dispositivo móvel. Os sinais são compreendidos por todos os dispositivos. O protocolo iBeacon é suportado desde a versão 4.3 do Android.
Como os diferentes protocolos de beacon fazem parte do Padrão Bluetooth Low Energy, a estrutura é muito semelhante. O pacote de dados do iBeacon é, portanto, ilustrado com mais detalhes. Ele faz parte do Bluetooth Low Energy Payload, que por sua vez faz parte da Unidade de Dados de Protocolo (PDU) do quadro BLE real. Isso significa que 31 dos 47 bytes podem ser usados para os dados do iBeacon dentro de um quadro BLE. A quantidade de dados parece pequena, mas o conceito de beacons exige que a inteligência esteja no aplicativo e não no próprio beacon.
A estrutura de dados do quadro iBeacon dentro do Bluetooth Low Energy
Independentemente dos protocolos individuais, os beacons sempre oferecem diversas informações que enviam em intervalos fixos. Esses são os valores para o Identificador Único Universal (UUID), Principal, Secundário e Potência de Transmissão. O primeiro possui um volume de dados de 128 bits. Isso resulta em 160 bits de dados do usuário que podem ser transmitidos por um beacon. Isso permite uma boa estruturação de diferentes informações para uma variedade de aplicações. Por exemplo, o UUID pode se referir à empresa, o principal a um edifício e o secundário a uma posição específica dentro do edifício.
O valor da Potência de Transmissão é responsável pela capacidade do dispositivo final de estimar a distância até o beacon. Lá, o dispositivo transmite as informações sobre sua própria intensidade de sinal na forma de complemento de dois. Assim, por exemplo, o valor 0xC8 = 200, complemento de dois = 256-200 = 56 e, portanto, uma intensidade de sinal codificada de -56 dBm do sinal do beacon. Este é um indicador do indicador de intensidade do sinal recebido (RSSI) e indica a intensidade que o sinal deve ter quando medido a um metro do objeto. É claro que as circunstâncias reais não são levadas em consideração aqui. Uma parede ou uma pessoa entre o beacon e o receptor podem influenciar fortemente a intensidade de campo medida. Para o receptor do sinal, não é possível ver se o sinal está distante, se é o eco de um sinal que está realmente mais próximo ou se há um obstáculo entre o transmissor e o receptor. No entanto, este valor permite uma precisão de posicionamento aprimorada para a determinação da posição em relação à posição do beacon.
Aplicações de beacon em edifícios modernos
Em edifícios modernos, há cada vez mais aplicações que exigem conexão de dados, além da comunicação clássica de escritório. Não nos referimos apenas à conexão de periféricos do local de trabalho, como mouse, teclado ou headset.
A conexão para muitos outros dispositivos finais frequentemente dispensa a clássica rede cabeada. Uma conexão via WLAN agora é frequentemente o padrão. E mesmo em projetos de clientes onde a rede cabeada ainda predomina, a tendência para aplicações sem fio é frequentemente evidente. Já hoje, mas especialmente na construção do futuro, pode-se presumir que cada vez mais dispositivos finais estejam conectados sem fio. Uma consequência desse desenvolvimento é, em particular, a necessidade frequente de uma ampla cobertura WLAN. Com base nisso, toda uma série de aplicações Bluetooth baseadas em beacons BLE exigem uma segunda conexão de dados via celular ou WLAN.
Uma aplicação típica de beacon BLE não está sozinha, mas requer uma conexão de dados adicional. Os serviços e serviços disponíveis na rede podem ser acessados conforme mostrado. Em caso de dúvida, essa conexão deve ser planejada e fornecida.
A aplicação mais óbvia para beacons é uma aplicação dependente da localização. Para esse fim, por exemplo, em uma área de varejo com muitos beacons, buscou-se analisar e influenciar o comportamento de compra dos clientes. Esse "marketing de proximidade" teve pouco sucesso, pelo menos na Europa, e cada vez mais sistemas de navegação interna estão surgindo, o que deve facilitar a localização dos usuários em um prédio desconhecido.
A ideia do edifício do futuro vai tão longe que o elevador usa seus sensores para informar que espera um defeito em breve e notifica o técnico de manutenção. Este entra no edifício e recebe automaticamente as autorizações de travamento necessárias para as fechaduras eletrônicas, sendo guiado pelo aplicativo até a sala de manutenção correspondente por meio de beacons Bluetooth. Uma vez lá, um beacon no elevador se conecta ao manual de manutenção atual do dispositivo, e o técnico pode acessar o histórico de manutenções e reparos anteriores.
As áreas de aplicação da tecnologia são diversas e, devido à facilidade de adaptação, também são interessantes para infraestruturas de beacon existentes.
Qualquer pessoa que já tenha visitado a clínica em Aachen apreciará a importância da navegação interna para se orientar pelos corredores sinuosos. Lá, algumas estações foram equipadas com beacons, permitindo assim a navegação parcial do paciente. Infelizmente, a clínica inteira não estava equipada com beacons, apenas em pouquíssimas áreas. Como prova de conceito, um projeto interessante, mas sem uma expansão abrangente, a aceitação do usuário dificilmente será alcançada.
Da mesma forma, um museu pode ser facilmente expandido com beacons nas exposições, e os antigos guias de áudio podem ser substituídos por um aplicativo. Isso também permite a fidelização do cliente além da visita individual. Pesquisas mostram que muitos usuários abandonam o aplicativo em seus dispositivos móveis após a visita. Isso, por sua vez, permite que o operador informe o visitante sobre novas exposições ou promoções.
Uma feira de negócios também pode se beneficiar dessa tecnologia. Um aplicativo de feira com tecnologia BLE não só permite a navegação interna ou a orientação do usuário na feira, como também oferece ao operador a oportunidade de analisar e controlar o fluxo de visitantes. Se um salão estiver superlotado, os usuários podem ficar gratos ao serem informados de que outro salão está com poucos visitantes no momento.
É claro que o usuário do aplicativo pode então vivenciar que, no salão supostamente vazio, todos os usuários estão circulando sem o smartphone e o aplicativo da feira, o que o sistema não "viu". Com base no comportamento típico do usuário (ou de acordo com a média estatística) e com o software apropriado, no entanto, muitas vezes é possível fazer uma previsão correspondentemente boa.
A oferta de tecnologia de beacon em um edifício em toda a sua área também oferece uma infinidade de novos conceitos de uso. Uma sala de reuniões que não foi utilizada não precisa ser limpa (ou precisa ser limpa com menos frequência). E uma sala de reuniões que nunca é usada talvez possa ser melhor aproveitada. Dados anônimos podem ser usados para isso, a fim de obter um perfil de uso da área correspondente.
Localização usando beacons bluetooth
Há três casos de uso diferentes ao utilizar dispositivos beacons, que são explicados com mais detalhes abaixo e mostrados esquematicamente.
Diferentes maneiras de usar o beacon; esquerda: navegação por beacons estacionários; meio: rastreamento por beacons móveis em objetos; direita: a combinação de ambos os métodos
Uma possível configuração para navegação interna pressupõe que os beacons estejam firmemente posicionados e que o aplicativo saiba onde cada beacon está localizado. A posição dentro da infraestrutura do beacon pode ser determinada por trilateração. Como regra, são utilizados os sensores adicionais dos dispositivos móveis. A determinação da posição pode ser auxiliada pelos sensores de aceleração, instalados em todos os celulares atuais.
Com o rastreamento de ativos, você precisa saber onde os beacons estão localizados. Os componentes a serem localizados são, portanto, equipados com beacons e podem então ser localizados dentro da infraestrutura. No setor da saúde, por exemplo, esta é atualmente uma aplicação muito relevante que precisa ser planejada com cada vez mais frequência. O operador gostaria de saber onde determinados recursos estão localizados.
A ideia por trás disso é que você pode usá-lo para planejar melhor os recursos e gastar menos tempo procurando o componente correspondente. Um efeito colateral adicional é que você também obtém informações sobre o uso real. Nesta aplicação, pontos de acesso WLAN com tecnologia BLE adicional são frequentemente utilizados.
Se tal infraestrutura for utilizada, também é possível combinar ambos os métodos e permitir a navegação interna e o rastreamento de ativos, criando assim um valor agregado para o uso do edifício. Devido ao baixo preço dos beacons, isso não está associado a altos custos de investimento. É possível começar a implementar essa tecnologia em uma área e expandi-la gradualmente. No entanto, deve-se observar que mais beacons não necessariamente melhoram a precisão da localização. Se houver muitos sinais de beacon, a precisão diminui novamente [Li 2015]. Para alcançar ampla usabilidade, o planejamento cuidadoso da infraestrutura de beacons é sensato e necessário.
Base de planejamento do rastreamento de ativos de beacon
Neste contexto, rastreamento de ativos significa o rastreamento de objetos por beacons, etc. A base para isso geralmente é o rastreamento de beacons Bluetooth em movimento, posicionados sobre os objetos a serem rastreados. Esses beacons são localizados por receptores Bluetooth apropriados. Portanto, você precisa de uma infraestrutura de receptores BLE que recebam os beacons. Uma infraestrutura de beacon subjacente pode avaliar os dados e, por fim, determinar a posição do beacon.
Determinação de posição usando trilateração
Do ponto de vista técnico e de planejamento, isso se assemelha muito à localização de dispositivos finais de WLAN com base na intensidade do sinal de seus pacotes usando os pontos de acesso WLAN. Em contraste com a localização usando WLAN, o número de estações receptoras necessárias para BLE costuma ser menor. No entanto, isso depende do ambiente estrutural, dos requisitos de precisão da aplicação e de outros parâmetros de estrutura. Parte do planejamento é, portanto, comparável ao planejamento de WLAN. Semelhante às células de rádio, as áreas de cobertura correspondentes devem ser definidas e planejadas.
Não é, portanto, de surpreender que muitos dos pontos de acesso WLAN disponíveis em ambientes profissionais sejam agora também azuis.
Traga um módulo de rádio dentário. Uma infraestrutura de beacon Bluetooth correspondente já está criada por meio da infraestrutura WLAN. Em grande parte, o planejamento de aplicações de rastreamento de ativos é um planejamento de infraestrutura quase clássico.
As ferramentas de planejamento de WLAN agora suportam as primeiras funções básicas para planejamento Bluetooth [openreality.com]. A cobertura BLE semelhante à WLAN pode ser simulada na popular ferramenta Ekahau Site Survey. Atualmente, a funcionalidade limita-se à exibição de células de rádio nas quais um número mínimo de beacons com intensidade de sinal suficiente pode ser recebido. Infelizmente, uma conclusão direta sobre a precisão da localização ainda não é possível na versão atual.
Uma plataforma correspondente é necessária para a administração dos beacons, a determinação da posição e possivelmente outras funções de gerenciamento. Também aqui existem soluções correspondentes de fabricantes de WLAN.
Essa arquitetura também permite o monitoramento dos beacons alimentados por bateria. A substituição da bateria, prevista para alguns anos após a implementação, pode ser simplificada, pois o sistema pode retornar o status dos beacons instalados. Dependendo das informações do fabricante e da configuração, as baterias podem precisar ser substituídas após um período de 3 a até 8 anos. Outras tarefas operacionais também decorrem da necessidade de documentar a infraestrutura dos beacons e manter toda a arquitetura. Além disso, aspectos relevantes para a segurança, como atualizações das versões atuais de software e firmware, devem ser considerados e implementados. O esforço correspondente deve ser levado em consideração.
Além da arquitetura, outra tarefa importante é o planejamento da aplicação com base nela. Portanto, de modo geral, é necessário fornecer um planejamento estruturado não apenas para a concepção da infraestrutura, mas também para a implementação da aplicação. Isso inclui a análise de requisitos, um conceito geral, a definição dos requisitos para a infraestrutura de beacon (desde a precisão necessária até a cobertura da área ou áreas de cobertura) e as especificações correspondentes da aplicação e da interface do usuário.
Como um ativo permanentemente instalado serve como base da arquitetura Bluetooth para rastreamento de ativos, um planejamento análogo ao planejamento WLAN clássico é útil. O resultado é um procedimento comparável ao planejamento WLAN. Deve-se ter em mente que o planejamento de posições de beacons normalmente requer menos calado. Um dos motivos para isso é o baixo preço dos beacons e os requisitos de infraestrutura geralmente baixos. Além disso, no caso de aplicações de rastreamento e localização, uma certa proporção já é predeterminada pelo planejamento WLAN, caso a infraestrutura WLAN também seja utilizada.
Os aspectos individuais do planejamento mostrados na Figura 5 assemelham-se, portanto, ao planejamento WLAN clássico, sem exigir a mesma profundidade. Ao planejar a infraestrutura, já é importante conhecer e levar em consideração os parâmetros da aplicação, como a precisão de localização necessária. Portanto, muitas vezes é útil interligar com o desenvolvimento da aplicação. Requisitos importantes para o planejamento de uma arquitetura Bluetooth baseada em infraestrutura são, em particular, os requisitos da aplicação a ser implementada com Bluetooth. Em conexão com o rastreamento de ativos, estes incluem a cobertura da área e a precisão da localização necessária. Deve-se determinar em quais áreas de construção (ou terreno) uma precisão correspondente é necessária. Isso resulta na densidade necessária dos receptores BLE que são usados para a localização.
Estrutura do planejamento Bluetooth análoga ao planejamento WLAN
Noções básicas de planejamento de navegação / aplicativos baseados em aplicativos
Ao contrário da localização de objetos equipados com um beacon descrita acima, a navegação típica ou determinação de localização em um aplicativo de smartphone não requer uma infraestrutura de beacon extensa.
Os beacons Bluetooth normalmente formam a infraestrutura aqui. Isso, complementado por um serviço correspondente na rede, é suficiente para a determinação da localização. O smartphone ou aplicativo recebe vários beacons. Com base nisso, um serviço correspondente pode então calcular a posição por meio de uma conexão de dados, como WLAN ou rádio móvel. Mesmo que uma infraestrutura comparável a pontos de acesso WLAN não seja necessária, uma determinada arquitetura ainda é necessária. Os requisitos de disponibilidade surgem no backend. Estes podem ser comparáveis aos requisitos de outras infraestruturas de rede.
Para determinar a posição exata, o smartphone deve receber e avaliar um número suficiente de beacons BLE. Dependendo do fabricante, também pode fazer sentido usar os módulos Bluetooth instalados em pontos de acesso WLAN para monitorar os beacons, a fim de controlar os gastos operacionais por meio do monitoramento dos beacons.
Da mesma forma, os transmissores Bluetooth em pontos de acesso podem frequentemente ser usados como beacons. A infraestrutura WLAN, portanto, cumpre uma função adicional e, portanto, forma uma fonte de alimentação básica sem bateria com beacons. Formatos especiais específicos de cada fabricante também merecem destaque. Por exemplo, a Cisco oferece os chamados pontos de beacon. Em combinação com a infraestrutura de backend do mesmo fabricante, isso permite o posicionamento flexível de beacons "virtuais" por meio de uma infraestrutura BLE com fio correspondente. Antenas setoriais com características de recepção e hardware e software correspondentes são usadas para tornar diferentes beacons receptíveis, dependendo da posição na sala. O sistema por trás dele então calcula a posição.
Em qualquer caso, o planejamento e os testes devem ocorrer antes da implementação. Os diferentes requisitos de precisão fazem uma diferença correspondente na implementação. Ao planejar as posições dos beacons no caso de localização e navegação clássicas baseadas em aplicativos, há uma clara diferença em relação ao procedimento de planejamento para WLAN. Isso se deve principalmente ao fato de que normalmente não há infraestrutura clássica ou ela é construída apenas em uma extensão limitada (dependendo do fabricante).
Isso elimina pontos como o planejamento da infraestrutura passiva como parte do planejamento de posicionamento. No entanto, parâmetros e requisitos de estrutura precisam ser definidos, uma vez que a cobertura da área e os requisitos de precisão da localização devem ser levados em consideração na escolha das posições das balizas. Deve-se notar também que, em muitos casos, especialmente no caso de balizas alimentadas por bateria, a adaptação ou complementação subsequente com balizas adicionais é possível com relativamente pouco esforço.
Resumo
Isso demonstra claramente que o Bluetooth está se tornando cada vez mais relevante devido às aplicações associadas. E, embora a tecnologia funcione de forma bastante independente de outras tecnologias de infraestrutura de beacon de rede em muitas aplicações, um olhar mais atento e, portanto, um planejamento estruturado são úteis.
Isso começa com o planejamento das aplicações e continua até o planejamento da influência em tecnologias de rede, como WLAN. O planejamento Bluetooth não pode ignorar os aspectos clássicos do planejamento de rede, como análise de requisitos, definição de áreas de fornecimento, etc.
Se você está planejando uma infraestrutura WLAN, deve considerar a tecnologia beacon, pois ela pode representar um grande valor agregado com baixos custos de investimento. Atualmente, o software de planejamento clássico é apenas parcialmente capaz de criar uma simulação realista de infraestruturas BLE. No entanto, isso será possível em breve com frequência crescente e, acima de tudo, com ganho em nível de detalhe. As primeiras abordagens para as opções de planejamento necessárias já podem ser encontradas no software correspondente.
Dependendo da aplicação, o planejamento da infraestrutura de beacon para aplicações pode ser menor do que para uma rede clássica, visto que o foco frequentemente está no software ou aplicativo para smartphone. Portanto, não se deve subestimar o fato de que a responsabilidade operacional é frequentemente atribuída à TI. No mais tardar, quando uma conexão via WLAN ou suporte BLE através da infraestrutura WLAN é necessária, surge uma nova responsabilidade no departamento de TI. No geral, há um esforço adicional. Por esse motivo, também o Bluetooth deve desempenhar um papel no planejamento atual e na orientação estratégica da TI e ser levado em consideração.
