Магазин
В этой статье мы в первую очередь хотим рассмотреть реализацию и планирование соответствующих приложений и инфраструктуры маяков. Приложения на основе BLE-маяков становятся все более распространенными. Именно эти приложения в настоящее время обуславливают необходимость структурированного планирования. Таким образом, Bluetooth продолжает развиваться как тема в наших проектах и приобретает все большее значение.
За исключением подобных обоснованных оговорок, использование Bluetooth-приложений может обеспечить реальную добавленную стоимость. Как и в случае с любым приложением, необходимо рассматривать каждый конкретный случай. В отличие от многого из того, что мы рассматриваем в нашем классическом повседневном консалтинге, например, применение маяков в промышленности, и особенно на производстве, встречается довольно редко. В других областях, например, где смартфон является центральным инструментом, например, в офисной среде, ситуация может существенно отличаться. Поэтому рассмотрение области применения, преимуществ и подходов к планированию таких приложений, которые могут быть необходимы, актуально и полезно.
Для самого Bluetooth смартфон или подключение к соответствующей распространённой и доступной системе обычно являются важной основой. Таким образом, выбор доступных приложений выходит за рамки подключения смартфона к системе громкой связи или гарнитуре, а ноутбука — к различным периферийным устройствам. Всё больше приложений на базе Bluetooth находят применение в современных зданиях.
Поскольку всё больше приложений (например, приложения для смартфонов) основаны на маяках BLE и требуют соответствующей инфраструктуры маяков, планирование поставок Bluetooth становится всё более важным. Структурированное планирование всегда необходимо, особенно если в этом есть критически важные для производства требования.
В данном контексте речь идёт не только о таких базовых аспектах, как размещение передатчика и приёмника. Другие аспекты, известные нам по классическому сетевому планированию, также играют всё более важную роль.
Возможно, самый важный пример здесь — это безопасность. Учитывая уже опубликованные уязвимости безопасности во многих реализациях Bluetooth, это становится ещё более очевидным. Шифрование, используемое в Bluetooth, уязвимо. В типичных приложениях-маяках это часто может быть не так актуально. Однако, как только Bluetooth начинает использоваться в других целях, управление безопасностью приобретает не менее важное значение.
Технические основы инфраструктуры маяков
В настоящее время существует множество различных стандартов маяков, четыре из которых наиболее известны: iBeacon, Eddystone, uiBeacon и ALT-Beacon. Первые два стандарта особенно актуальны, поскольку их поддерживают Apple (iBeacon) и Google (Eddystone). Неважно, какую операционную систему использует пользователь на своём мобильном устройстве – iPhone, Android или Windows. Сигналы распознаются всеми устройствами. Протокол iBeacon поддерживается начиная с версии Android 4.3.
Поскольку все протоколы маяков являются частью стандарта Bluetooth Low Energy, их структура очень похожа. Поэтому пакет данных iBeacon показан более подробно. Он является частью полезной нагрузки Bluetooth Low Energy, которая, в свою очередь, является частью блока данных протокола (PDU) кадра BLE. Это означает, что 31 из 47 байтов может быть использован для данных iBeacon в одном кадре BLE. Объём данных кажется небольшим, но концепция маяков требует, чтобы вся информация находилась в приложении, а не в самом маяке.
Структура данных кадра iBeacon в Bluetooth Low Energy
Независимо от отдельных протоколов, маяки всегда предоставляют несколько фрагментов информации, которые они отправляют с фиксированными интервалами. Это значения универсального уникального идентификатора (UUID), основного идентификатора (Major), дополнительного идентификатора (Minor) и мощности передачи (TX Power). Объём данных первого идентификатора составляет 128 бит. Таким образом, с помощью маяка можно передать 160 бит пользовательских данных. Это обеспечивает хорошую структуризацию различной информации для различных приложений. Например, UUID может относиться к компании, основной идентификатор (Major) — к зданию, а дополнительный идентификатор (Minor) — к определённой точке внутри здания.
Значение мощности передачи (TX Power) отвечает за оценку конечного устройства расстояния до маяка. Устройство передаёт информацию о мощности собственного сигнала в виде дополнения до двух. Например, значение 0xC8 = 200, дополнение до двух = 256 - 200 = 56, что соответствует закодированной мощности сигнала маяка -56 дБм. Это показатель уровня принятого сигнала (RSSI), указывающий, насколько сильным должен быть сигнал при измерении на расстоянии одного метра от объекта. Конечно, реальные обстоятельства здесь не учитываются. Стена или человек между маяком и приёмником могут существенно повлиять на измеренную напряжённость поля. Приёмник сигнала не видит, находится ли сигнал далеко, является ли он отражением сигнала, который на самом деле ближе, или есть ли препятствие между передатчиком и приёмником. Тем не менее, это значение позволяет повысить точность определения местоположения относительно положения маяка.
Применение маяков в современных зданиях
В современных зданиях появляется всё больше приложений, требующих подключения к сети в дополнение к классическим офисным средствам связи. Речь идёт не только о подключении периферийных устройств рабочего места, таких как мышь, клавиатура или гарнитура.
Для подключения многих других конечных устройств зачастую не требуется классическая проводная сеть. Подключение через WLAN теперь часто является стандартным вариантом. И даже в проектах заказчиков, где проводная сеть всё ещё преобладает, тенденция к беспроводным приложениям часто очевидна. Уже сегодня, и особенно в зданиях будущего, можно предположить, что всё больше конечных устройств будут подключаться по беспроводной сети. Одним из следствий этого развития, в частности, является необходимость в широком покрытии WLAN. Исходя из этого, целый ряд приложений Bluetooth, основанных на маяках BLE, требуют второго соединения для передачи данных с использованием сотовой связи или WLAN.
Типичное применение маяка BLE не является самостоятельным, а требует дополнительного подключения к сети. Доступ к сервисам и службам, доступным в сети, осуществляется следующим образом. В случае сомнений необходимо спланировать и обеспечить такое подключение.
Наиболее очевидным вариантом применения маячков является применение, зависящее от местоположения. Например, в торговой зоне, где установлено множество маячков, была предпринята попытка анализировать и влиять на покупательское поведение покупателей. Этот «маркетинг близости» не имел большого успеха, по крайней мере, в Европе, и сейчас всё чаще появляются системы навигации внутри помещений, которые должны облегчить пользователям ориентирование в незнакомом здании.
Идея здания будущего доходит до того, что лифт с помощью датчиков сообщает о возможной неисправности и уведомляет об этом специалиста по обслуживанию. Лифт, прибыв в здание, автоматически получает необходимые разрешения на запирание электронных дверных замков и направляется приложением в соответствующую сервисную комнату с помощью Bluetooth-маяков. По прибытии маяк на лифте подключается к текущему руководству по обслуживанию устройства, и специалист может просмотреть историю предыдущих ремонтов и обслуживания.
Области применения технологии разнообразны и, ввиду простоты модернизации, интересны также и для существующей инфраструктуры маяков.
Любой, кто когда-либо посещал клинику в Ахене, оценит ценность навигации внутри здания, помогающей ориентироваться в извилистых коридорах. Некоторые станции там оборудованы маяками, что позволяет пациентам частично ориентироваться. К сожалению, маяками была оснащена не вся клиника, а лишь отдельные её зоны. В качестве экспериментального образца проект интересен, но без комплексного расширения вряд ли будет принят пользователями.
Аналогичным образом, музей можно легко расширить, установив маяки на экспонатах, а аудиогиды заменить музейным приложением. Это также способствует повышению лояльности клиентов за пределами индивидуального посещения. Исследования показывают, что многие пользователи оставляют приложение на своих мобильных устройствах после посещения. Это, в свою очередь, позволяет оператору информировать посетителей о новых выставках или акциях.
Выставочное приложение с технологией BLE также может быть полезно для выставок. Выставочное приложение с технологией BLE не только обеспечивает навигацию внутри помещения или руководство по выставке, но и предоставляет оператору возможность анализировать и контролировать поток посетителей. Если зал переполнен, пользователи могут быть благодарны за информацию о том, что в другом зале сейчас почти нет посетителей.
Конечно, пользователь приложения может тогда увидеть, что в якобы пустом зале все посетители резвятся без смартфона и приложения, которых система «не видит». Однако, основываясь на типичном поведении пользователя (или на статистических данных) и используя соответствующее программное обеспечение, зачастую можно сделать соответствующий точный прогноз.
Оснащение здания системой маячковых датчиков по всей территории также открывает множество новых возможностей для использования. Переговорную комнату, которая не используется, не нужно убирать (или убирать реже). А переговорную комнату, которая никогда не используется, возможно, можно было бы использовать более эффективно. Для этого можно использовать анонимные данные, чтобы получить профиль использования соответствующей зоны.
Местоположение с использованием маяков Bluetooth
Существует три различных варианта использования маячковых устройств, которые более подробно описаны ниже и показаны схематично.
Различные способы использования маяка; слева: навигация по стационарным маякам; посередине: слежение за движущимися маяками на объектах; справа: комбинация обоих методов
Возможная схема навигации внутри помещений предполагает, что маяки надежно установлены, и приложение знает местоположение каждого маяка. Положение в инфраструктуре маяков можно определить методом трилатерации. Как правило, используются дополнительные датчики мобильных устройств. Определение местоположения может осуществляться с помощью датчиков ускорения, которые установлены во всех современных мобильных телефонах.
При отслеживании активов необходимо знать, где находятся маяки. Поэтому локализуемые компоненты оснащаются маяками и могут быть обнаружены в пределах инфраструктуры. Например, в сфере здравоохранения это очень актуальное приложение, которое приходится планировать всё чаще. Оператору необходимо знать, где находятся определённые ресурсы.
Идея заключается в том, что это позволяет лучше планировать ресурсы и тратить меньше времени на поиск соответствующего компонента. Дополнительным побочным эффектом является получение информации о фактическом использовании. В этом приложении часто используются точки доступа WLAN с дополнительной технологией BLE.
При использовании такой инфраструктуры можно объединить оба метода и обеспечить как навигацию внутри здания, так и отслеживание объектов, тем самым создавая дополнительную ценность для эксплуатации здания. Благодаря низкой стоимости маяков, это не связано с высокими инвестиционными затратами. Можно начать внедрение этой технологии в одном месте, а затем постепенно расширять её. Однако следует отметить, что увеличение количества маяков не обязательно повышает точность определения местоположения. При слишком большом количестве сигналов маяков точность снова снижается [Li 2015]. Для достижения повсеместного удобства использования разумно и необходимо тщательное планирование инфраструктуры маяков.
Основы планирования отслеживания маячковых активов
В данном контексте отслеживание активов означает отслеживание объектов и т.д. с помощью маяков. В основе этого обычно лежит отслеживание движущихся Bluetooth-маяков, размещаемых на отслеживаемых объектах. Эти маяки локализуются соответствующими Bluetooth-приёмниками. Поэтому необходима инфраструктура BLE-приёмников, принимающих маяки. Базовая инфраструктура маяков может анализировать данные и в конечном итоге определять местоположение маяка.
Определение местоположения с помощью трилатерации
С технической и планировочной точки зрения это очень напоминает определение местоположения конечных устройств WLAN на основе уровня сигнала их пакетов с использованием точек доступа WLAN. В отличие от определения местоположения с использованием WLAN, количество приёмных станций, необходимое для BLE, часто меньше. Однако в конечном счёте это зависит от структурной среды, требований к точности приложения и других параметров инфраструктуры. Таким образом, часть планирования сопоставима с планированием WLAN. Подобно радиосотам, необходимо определить и спланировать соответствующие зоны покрытия.
Поэтому неудивительно, что многие точки доступа WLAN, доступные в профессиональных средах, теперь также являются синими
Принесите с собой радиомодуль. Соответствующая инфраструктура Bluetooth-маяков уже создана в инфраструктуре WLAN. В значительной степени планирование приложений для отслеживания активов представляет собой почти классическое планирование инфраструктуры.
Инструменты планирования WLAN теперь поддерживают первые базовые функции для планирования Bluetooth [openreality.com]. Покрытие BLE, аналогичное покрытию WLAN, можно моделировать в популярном инструменте Ekahau Site Survey. В настоящее время функциональность ограничена отображением радиосот, в которых принимается минимальное количество маяков с достаточным уровнем сигнала. К сожалению, в текущей версии пока невозможно сделать прямой вывод о точности определения местоположения.
Для администрирования маяков, определения местоположения и, возможно, других функций управления требуется соответствующая платформа. Здесь также имеются соответствующие решения от производителей беспроводных локальных сетей (WLAN).
Такая архитектура также позволяет контролировать маяки, работающие от батареек. Замена батареек, ожидаемая через несколько лет после установки, упрощается, поскольку система может отображать состояние установленных маяков. В зависимости от информации производителя и конфигурации, замена батареек может потребоваться через 3 или даже 8 лет. Другие эксплуатационные задачи также связаны с необходимостью документирования инфраструктуры маяков и обслуживания всей архитектуры. Кроме того, необходимо учитывать и выполнять соответствующие требования безопасности, такие как обновление программного обеспечения и микропрограммного обеспечения до актуальных версий.
Помимо архитектуры, важной задачей является планирование приложения на её основе. В целом, необходимо обеспечить структурированное планирование не только концепции инфраструктуры, но и её реализации. Это включает анализ требований, разработку общей концепции, определение требований к инфраструктуре маяков (от требуемой точности до зоны покрытия или зон покрытия) и соответствующих особенностей приложения и пользовательского интерфейса.
Поскольку основой архитектуры Bluetooth для отслеживания активов служит стационарно установленное устройство, планирование, аналогичное классическому планированию WLAN, является полезным. В результате получается процедура, сопоставимая с планированием WLAN. При этом следует учитывать, что планирование позиций маяков, как правило, требует меньших затрат. Одной из причин этого является низкая стоимость маяков и, как правило, низкие требования к инфраструктуре. Кроме того, в случае приложений отслеживания и прослеживания определённая доля уже предопределена планированием WLAN, если инфраструктура WLAN также будет использоваться.
Таким образом, отдельные аспекты планирования, показанные на рисунке 5, напоминают классическое планирование WLAN, но не требуют такой же глубины. При планировании инфраструктуры важно знать и учитывать параметры приложения, такие как требуемая точность определения местоположения. Поэтому часто полезно увязывать это с разработкой приложения. Важными требованиями к планированию архитектуры Bluetooth на основе инфраструктуры являются, в частности, требования к приложению, реализуемому с помощью Bluetooth. В случае отслеживания активов к ним относятся зона покрытия и требуемая точность определения местоположения. Необходимо определить, в каких зонах здания (или местности) требуется соответствующая точность. Это затем приводит к необходимой плотности BLE-приёмников, используемых для определения местоположения.
Структура планирования Bluetooth аналогична планированию WLAN
Планирование основ навигации / приложений на основе приложений
В отличие от определения местоположения объектов, оборудованных маяком, описанного выше, типичная навигация или определение местоположения в приложении для смартфона не требует обширной инфраструктуры маяков.
Маяки Bluetooth обычно образуют здесь инфраструктуру. Этого, в сочетании с соответствующей службой в сети, достаточно для определения местоположения. Смартфон или приложение получает несколько маяков. На их основе соответствующая служба может рассчитать местоположение через соединение для передачи данных, например, WLAN или мобильную радиосвязь. Даже если инфраструктура, сопоставимая с точками доступа WLAN, не требуется, определённая архитектура всё равно необходима. Соответственно, на бэкэнде возникают требования к доступности. Они могут быть сопоставимы с требованиями к другой сетевой инфраструктуре.
Для определения точного местоположения смартфон должен принимать и оценивать достаточное количество сигналов BLE-маяков. В зависимости от производителя, может быть целесообразно использовать Bluetooth-модули, установленные в точках доступа WLAN, для мониторинга маяков, что позволит контролировать эксплуатационные расходы.
Аналогично, Bluetooth-передатчики в точках доступа часто могут использоваться в качестве маяков. Инфраструктура WLAN, таким образом, выполняет дополнительную функцию и образует с маяками базовый источник питания, работающий без батареек. Стоит также упомянуть специальные формы, разработанные производителем. Например, Cisco предлагает так называемые маяковые точки. В сочетании с внутренней инфраструктурой того же производителя это позволяет гибко размещать «виртуальные» маяки с помощью соответствующей проводной BLE-инфраструктуры. Секторные антенны с соответствующими характеристиками приёма, а также аппаратное и программное обеспечение используются для обеспечения приёма различных маяков в зависимости от их местоположения в помещении. Система, стоящая за ними, затем вычисляет местоположение.
В любом случае, планирование и тестирование должны проводиться до внедрения. Различные требования к точности приводят к соответствующим различиям в реализации. Планирование положения маяков в случае классического определения местоположения и навигации на основе приложений имеет существенные отличия от процедуры планирования сетей WLAN. Это обусловлено главным образом тем, что классическая инфраструктура, как правило, отсутствует или развита лишь в ограниченной степени (в зависимости от производителя).
Это исключает такие моменты, как планирование пассивной инфраструктуры в рамках планирования местоположения. Тем не менее, необходимо определить параметры и требования к структуре, поскольку при выборе местоположения маяков необходимо учитывать зону покрытия и требования к точности определения местоположения. Следует также отметить, что во многих случаях, особенно в случае маяков с батарейным питанием, последующая адаптация или дополнение дополнительными маяками возможны с относительно небольшими усилиями.
Резюме
Это ясно показывает, что Bluetooth становится всё более востребованным благодаря связанным с ним приложениям. И хотя эта технология во многих приложениях работает довольно изолированно от других технологий сетевой инфраструктуры маяков, более детальный анализ и, следовательно, структурированное планирование полезны и целесообразны.
Это начинается с планирования приложений и продолжается планированием влияния на сетевые технологии, такие как WLAN. Планирование Bluetooth не может игнорировать классические аспекты сетевого планирования, такие как анализ требований, определение зон обслуживания и т. д.
Если вы сейчас планируете инфраструктуру WLAN, вам следует рассмотреть технологию маяков, поскольку она может обеспечить значительную добавленную стоимость при низких инвестиционных затратах. Классическое программное обеспечение для планирования в настоящее время лишь отчасти способно создавать реалистичное моделирование инфраструктур BLE. Однако вскоре это станет возможным благодаря увеличению частоты и, прежде всего, повышению уровня детализации. Первые подходы к необходимым вариантам планирования уже можно найти в соответствующем программном обеспечении.
В зависимости от сферы применения, планирование инфраструктуры маяков для приложений может быть менее масштабным, чем для классической сети, поскольку основное внимание часто уделяется программному обеспечению или приложению для смартфона. Поэтому не следует недооценивать тот факт, что операционная ответственность часто возлагается на ИТ-отдел. Как только требуется подключение через WLAN или поддержка BLE через инфраструктуру WLAN, у ИТ-отдела возникает новая обязанность. В целом, это требует дополнительных усилий. По этой причине Bluetooth также должен играть важную роль в текущем планировании и стратегической ориентации ИТ-отдела и учитываться.
