Bluetooth-маяк с низким энергопотреблением
Маяки Bluetooth — это аппаратные передатчики — класс устройств Bluetooth Low Energy (LE), которые передают свой идентификатор находящимся поблизости портативным электронным устройствам. Эта технология позволяет смартфонам , планшетам и другим устройствам выполнять действия, находясь в непосредственной близости от маяка.
Маяки Bluetooth используют датчик приближения Bluetooth Low Energy для передачи универсального уникального идентификатора. [1] подхватывается совместимым приложением или операционной системой. Идентификатор и несколько отправленных с ним байтов могут использоваться для определения физического местоположения устройства. [2] отслеживать клиентов или запускать на устройстве действие в зависимости от местоположения , например регистрацию в социальных сетях или push-уведомление .
Одно приложение распределяет сообщения в определенной точке интереса , например, магазине, автобусной остановке, комнате или более конкретном месте, например, предмете мебели или торговом автомате. Это похоже на ранее использовавшуюся технологию geopush, основанную на GPS , но с гораздо меньшим влиянием на время автономной работы и значительно повышенной точностью.
Другое применение — система внутреннего позиционирования . [3] [4] [5] который помогает смартфонам определять их приблизительное местоположение или контекст. С помощью маяка Bluetooth программное обеспечение смартфона может приблизительно определить его местоположение относительно маяка Bluetooth в магазине. Обычные розничные магазины используют маяки для мобильной коммерции , предлагая покупателям специальные предложения посредством мобильного маркетинга . [6] и может обеспечить возможность мобильных платежей через системы торговых точек .
Маяки Bluetooth отличаются от некоторых других технологий, основанных на определении местоположения, поскольку передающее устройство (маяк) представляет собой всего лишь односторонний передатчик на принимающий смартфон или принимающее устройство, и для взаимодействия с маяками на устройстве требуется специальное приложение, установленное на устройстве. Таким образом, отслеживать пользователей может только установленное приложение, а не передатчик Bluetooth-маяка.
Передатчики маяков Bluetooth выпускаются в различных форм-факторах, включая небольшие устройства типа «таблетка», USB-накопители и универсальные USB- ключи с поддержкой Bluetooth 4.0 . [7]
История и развитие
[ редактировать ]Разработка технологии радиосвязи «короткой связи», позже названной Bluetooth, была инициирована в 1989 году доктором Нильсом Ридбеком, техническим директором компании Ericsson Mobile в Лунде, и доктором Йоханом Ульманом . Целью была разработка беспроводных гарнитур на основе двух изобретений Йохана Ульмана : SE 8902098–6, выпущенный 12 июня 1989 г., и SE 9202239, выпущенный 24 июля 1992 г. С момента своего создания стандарт Bluetooth претерпел множество поколений, каждое из которых добавляло различные функции. Bluetooth 1.2 позволил повысить скорость до ≈700 кбит/с. Bluetooth 2.0 улучшил эту ситуацию и теперь обеспечивает скорость до 3 Мбит/с. Bluetooth 2.1 улучшил скорость и безопасность сопряжения устройств. Bluetooth 3.0 снова улучшил скорость передачи данных до 24 Мбит/с. В 2010 году был выпущен Bluetooth 4.0 (Low Energy), основной задачей которого было снижение энергопотребления. До появления Bluetooth 4.0 большинство соединений с использованием Bluetooth были двусторонними: оба устройства слушают и разговаривают друг с другом. Хотя двусторонняя связь по-прежнему возможна с помощью Bluetooth 4.0, возможна и односторонняя связь. Эта односторонняя связь позволяет устройству Bluetooth передавать информацию, но не прослушивать ее. Эти односторонние «маяки» не требуют парного соединения, как предыдущие устройства Bluetooth, поэтому у них есть новые полезные приложения.
Дизайн
[ редактировать ]Питание от аккумулятора
[ редактировать ]
Маяки Bluetooth работают по стандарту Bluetooth 4.0 Low Energy, поэтому возможны устройства с питанием от аккумулятора. Срок службы батареи устройств зависит от производителя. Протокол Bluetooth LE значительно более энергоэффективен, чем Bluetooth Classic. Несколько производителей чипсетов, включая Texas Instruments [8] и Nordic Semiconductor теперь поставляют чипсеты, оптимизированные для использования iBeacon. Потребляемая мощность зависит от параметров конфигурации iBeacon: интервала объявления и мощности передачи. Срок службы батареи может составлять от 1 до 48 месяцев. Рекомендуемая Apple настройка интервала рекламы 100 мс с батарейкой типа «таблетка» обеспечивает срок службы 1–3 месяца, который увеличивается до 2–3 лет при увеличении интервала рекламы до 900 мс. [9]
Расход заряда батареи телефонов — это фактор, который необходимо учитывать при развертывании приложений с поддержкой маяка. Недавний отчет показал, что старые телефоны, как правило, потребляют больше энергии аккумулятора рядом с iBeacons, в то время как новые телефоны могут быть более эффективными в той же среде. [10] Помимо времени, затрачиваемого на сканирование телефона, важными факторами разряда аккумулятора также являются количество сканирований и количество маяков поблизости.
Энергоэффективное приложение iBeacon должно учитывать эти аспекты, чтобы обеспечить хороший баланс между быстродействием приложения и расходом заряда батареи.
питание от USB
[ редактировать ]Маяки Bluetooth также могут выпускаться в виде USB-ключей. Эти небольшие USB-маяки могут получать питание от стандартного USB-порта, что делает их идеальными для долгосрочной постоянной установки.
Использование
[ редактировать ]Реклама
[ редактировать ]Маяки Bluetooth можно использовать для отправки пакета информации, содержащего универсальный уникальный идентификатор (UUID). Этот UUID используется для запуска событий, специфичных для этого маяка. В случае Apple iBeacon UUID будет распознан приложением на пользовательском устройстве, которое инициирует событие. Это событие полностью настраивается разработчиком приложения, но в случае рекламы событие может представлять собой push-уведомление с рекламой. Однако в системе на основе UID пользовательское устройство должно подключаться к онлайн-серверу, который способен распознавать UUID маяков. Как только UUID отправляется на сервер, соответствующее действие сообщения отправляется на устройство пользователя.
Другие методы рекламы также возможны с помощью маяков: URIBeacon и Eddystone от Google допускают режим передачи URI, который, в отличие от iBeacons, UID не требует внешнего сервера для распознавания. Маяки URI передают URI, который может быть ссылкой на веб-страницу, и пользователь увидит этот URI прямо на своем телефоне. [11]
Оповещение и взаимодействие
[ редактировать ]Маяки можно связать с произведениями искусства в музее, чтобы стимулировать дальнейшее взаимодействие. Например, уведомление может быть отправлено на мобильное устройство пользователя, когда пользователь находится вблизи определенного произведения искусства. Отправляя пользователю уведомление, пользователь получает предупреждение о том, что произведение искусства находится рядом с ним, и если пользователь выразит свой дальнейший интерес, можно установить специальное приложение для взаимодействия с обнаруженным произведением искусства. [12] Как правило, для мобильного устройства требуется собственное приложение для взаимодействия с маяком, если маяк использует протокол iBeacon; тогда как, если используется Eddystone, пользователь может взаимодействовать с произведением искусства через физический URL-адрес, транслируемый Eddystone.
Внутренняя навигация
[ редактировать ]Расположение маяков в помещении делится на три категории. Реализации с большим количеством маяков на комнату, реализации с одним маяком на комнату и реализации с несколькими маяками на здание. Внутренняя навигация с помощью Bluetooth все еще находится в зачаточном состоянии, но уже предпринимаются попытки найти работающее решение.
Много маяков в комнате
[ редактировать ]При наличии нескольких маяков в комнате можно использовать трилатерацию для оценки положения пользователя с точностью до 2 метров. [13] Маяки Bluetooth способны передавать значение индикатора мощности принятого сигнала (RSSI) в дополнение к другим данным. Это значение RSSI калибруется производителем маяка как мощность сигнала маяка на известном расстоянии, обычно одном метре. Используя известную мощность выходного сигнала маяка и уровень сигнала, наблюдаемый приемным устройством, можно сделать аппроксимацию расстояния между маяком и устройством. Однако это приближение не очень надежно, поэтому для более точного отслеживания положения предпочтительны другие методы. С момента его выпуска в 2010 году многие исследования проводились с использованием маяков Bluetooth для отслеживания. Было протестировано несколько методов, чтобы найти лучший способ объединения значений RSSI для отслеживания. Нейронные сети были предложены как хороший способ уменьшить ошибку оценки. [13] пользователя . Также был протестирован стигмергический подход: этот метод использует карту интенсивности для оценки местоположения [14] В спецификации Bluetooth LE 5.1 добавлены дополнительные, более точные методы определения местоположения с использованием нескольких маяков.
Один маяк на комнату
[ редактировать ]Имея только один маяк на комнату, пользователь может использовать известное положение комнаты в сочетании с виртуальной картой всех комнат в здании для навигации по зданию. Зданию с множеством отдельных помещений может потребоваться другая конфигурация маяков для навигации. Имея один маяк в каждой комнате, пользователь может использовать приложение, чтобы узнать, в какой комнате он находится, и можно использовать простой алгоритм кратчайшего пути, чтобы указать лучший маршрут к комнате, которую он ищет. Для этой конфигурации требуется цифровая карта здания, но были предприняты попытки упростить создание этой карты. [15]
Несколько маяков на здание
[ редактировать ]Маяки можно использовать в сочетании с методами счисления пешеходов для добавления контрольно-пропускных пунктов на большое открытое пространство. [16] PDR использует известное последнее местоположение в сочетании с информацией о направлении и скорости, предоставленной пользователем, для оценки местоположения человека. Этот метод можно использовать для оценки местоположения человека, проходящего через здание. Используя маяки Bluetooth в качестве контрольных точек, местоположение пользователя можно пересчитать, чтобы уменьшить ошибку. Таким образом, несколько маячков Bluetooth можно использовать для покрытия большой территории, например торгового центра.
Здравоохранение
[ редактировать ]Используя возможности Bluetooth-маяков по отслеживанию устройств, можно осуществлять мониторинг пациентов на дому. С помощью Bluetooth-маяков можно отслеживать движения и действия человека в его доме. [17] Маяки Bluetooth являются хорошей альтернативой домашним камерам благодаря повышенному уровню конфиденциальности. Кроме того, маяки Bluetooth можно использовать в больницах или на других рабочих местах, чтобы гарантировать соответствие работников определенным стандартам. Например, маяк можно разместить на дозаторе дезинфицирующего средства для рук в больнице — маяки могут помочь гарантировать, что сотрудники регулярно используют станцию.
Трекер
[ редактировать ]Одно из применений маяков — это « поиск ключей », когда маяк прикрепляется, например, к связке ключей, а приложение для смартфона можно использовать для отслеживания того, когда устройство в последний раз находилось в радиусе действия.
Другое подобное использование — отслеживание домашних животных, предметов (например, багажа) или людей. Точность и дальность действия BLE не соответствуют GPS, но маяки значительно дешевле. Существует несколько коммерческих и бесплатных решений, основанных на обнаружении близости, а не на точном позиционировании. Например, Nivea запустила кампанию «Kid-tracker» в Бразилии еще в 2014 году. [18]
Протоколы маяков
[ редактировать ]iBeacon
[ редактировать ]В середине 2013 года Apple представила iBeacons , и эксперты написали о том, как он призван помочь розничной торговле за счет упрощения платежей и предоставления предложений на месте. 6 декабря 2013 года Apple активировала iBeacons в своих 254 розничных магазинах в США. [19] McDonald's использовал эти устройства, чтобы предлагать потребителям специальные предложения в своих магазинах быстрого питания. [6] По состоянию на май 2014 года различные аппаратные iBeacons можно приобрести по цене от 5 до 30 долларов за устройство. [20] Каждый из этих различных iBeacon имеет различные настройки по умолчанию для мощности передачи по умолчанию и частоты объявления iBeacon. Некоторые аппаратные iBeacons рекламируют с частотой всего 1 Гц, тогда как другие могут работать с частотой до 10 Гц. [21]
Альтернативный маяк
[ редактировать ]AltBeacon — это альтернатива iBeacon с открытым исходным кодом, созданная Radius Networks. [22]
URIBeacon
[ редактировать ]URIBeacons отличаются от iBeacons и AltBeacons, поскольку вместо передачи идентификатора они отправляют URL-адрес, который можно сразу понять. [22]
Эддистоун
[ редактировать ]Eddystone — это стандарт Google для маяков Bluetooth. Он поддерживает три типа пакетов: Eddystone-UID, Eddystone-URL и Eddystone-TLM. [11] Eddystone-UID функционирует очень похоже на iBeacon от Apple, однако он поддерживает дополнительные данные телеметрии с помощью Eddystone-TLM. Информация телеметрии отправляется вместе с данными UID. Доступная информация о маяке включает напряжение батареи, температуру маяка, количество пакетов, отправленных с момента последнего запуска, и время работы маяка. [11] Используя протокол Eddystone, Google создал ныне снятый с производства [23] Google Nearby, который позволял пользователям Android получать уведомления маяка без приложения.
Сопоставимые технологии
[ редактировать ]Хотя среда ближней связи (NFC) сильно отличается и имеет множество непересекающихся приложений, ее все равно сравнивают с iBeacons.
- Диапазон NFC составляет до 20 см (7,87 дюйма), но оптимальный диапазон составляет < 4 см (1,57 дюйма). iBeacons имеют значительно больший радиус действия.
- NFC может быть пассивным или активным. При использовании пассивного режима питание подается со считывающего устройства. Хотя Passif (купленный Apple Inc. ) работает над снижением энергопотребления, в настоящее время внутри тегов iBeacon по-прежнему необходим аккумуляторный блок.
- Большинство смарт-устройств Android поставляются с поддержкой Bluetooth 4.0 LE и NFC. [24] 19 сентября 2014 года также Apple выпустила iPhone 6 и iPhone 6 plus, поддерживающие стандарт NFC, но ограничивающиеся только платежами. [25]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «iBeacons» . Дэйв Эдди. 22 сентября 2013 г. Архивировано из оригинала 3 декабря 2013 г. Проверено 11 декабря 2013 г.
- ^ «Понимание различных типов маяков BLE» . http://developer.mbed.org . Проверено 25 марта 2016 г.
- ^ «Библия iBeacon» (PDF) . Энди Каваллини . Проверено 1 января 2014 г.
- ^ «Объяснение Apple iBeacons – решение проблемы обнаружения присутствия в умном доме?» . Автоматизированный дом. 3 октября 2013 года . Проверено 11 декабря 2013 г.
- ^ «iBeacon — меняет правила игры в навигации в магазине» . Архивировано из оригинала 31 октября 2014 г. Проверено 9 апреля 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Apple iBeacons проникают в Макдональдс» . Форбс . 18 декабря 2014 г.
- ^ «Обзор piBeacon DIY iBeacon с системой обучения Raspberry Pi Adafruit» . Проверено 14 мая 2014 г.
- ^ «Поддержка TI iBeacon от Apple повышает эффективность IoT» . ЗДНет .
- ^ «Лучшее оборудование iBeacon признано по итогам обширных стресс-тестов» . с 9 до 5 макинтош. 03.11.2014 . Проверено 3 ноября 2014 г.
- ^ «Ритейлеры в восторге от маяков, но как быстро они разряжают батарею вашего смартфона?» . ГИГАОМ. 09.07.2014. Архивировано из оригинала 12 июля 2014 г. Проверено 9 июля 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б с «Что такое Eddystone™? - Разработчик Estimote» . Developer.estimote.com . Проверено 1 апреля 2016 г.
- ^ ПК Нг, Дж. Ше и С. Парк, «Уведомление и взаимодействие: взаимодействие маяка и смартфона для взаимодействия с пользователем в галереях», Международная конференция IEEE по мультимедиа и выставкам (ICME), 2017 г., Гонконг, 2017 г., стр. 1069-1074. doi: 10.1109/ICME.2017.8019467 [1]
- ^ Перейти обратно: а б Мазан, Филип (2015). «Исследование разработки внутренней локализации на основе нейронных сетей с использованием маяков: первые результаты». Вычислительные и информационные системы . 19 (1): 15.
- ^ Палумбо Филиппо, Барсокки Паоло (2015). «Стигмергический подход к локализации внутри помещений с использованием маяков Bluetooth Low Energy». 2015 12-я Международная конференция IEEE по передовому видеонаблюдению и сигнальному наблюдению (AVSS) . стр. 1–6. дои : 10.1109/AVSS.2015.7301734 . ISBN 978-1-4673-7632-7 . S2CID 23533984 .
- ^ Бобек, Шимон (2015). «Микролокация в помещении с помощью маяков BLE и постепенное изучение правил». Вторая международная конференция IEEE по кибернетике .
- ^ ЛИ, XI (2015). «Алгоритм интеграции Bluetooth/PDR для внутренней системы позиционирования» . Датчики . 15 (10): 24862–24885. Бибкод : 2015Senso..1524862L . дои : 10.3390/s151024862 . ПМЦ 4634470 . ПМИД 26404277 .
- ^ Де, Дебраж (сентябрь 2015 г.). «Мультимодальное носимое зондирование для детального распознавания активности в здравоохранении». IEEE Интернет-вычисления . 19 (5): 26–35. дои : 10.1109/MIC.2015.72 . S2CID 7600865 .
- ^ «Реклама Nivea, превращающаяся в трекер для детей, выиграла Гран-при для мобильных устройств» . adage.com . Шарин Патак. 17 июня 2014 г.
- ^ «Apple запускает iBeacon в 254 магазинах, чтобы упростить процесс совершения покупок» . ЗДНет . Проверено 18 декабря 2013 г.
- ^ «Создание кроссплатформенных приложений iBeacon для iOS, Android и Windows с помощью C# и Xamarin» . 24 апреля 2014 года . Проверено 14 мая 2014 г.
- ^ «Краткое сравнение оборудования BLE для коммерческого использования — IT Craft» . IT-ремесло . 11 июля 2016 г. Проверено 22 августа 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Понимание различных типов маяков BLE» . http://developer.mbed.org . Проверено 1 апреля 2016 г.
- ^ «Блог разработчиков Android: прекращение поддержки уведомлений Android Nearby» . android-developers.googleblog.com . Проверено 13 февраля 2024 г.
- ^ «10 наиболее часто задаваемых вопросов об iBeacons» . Блог Pushmote . Архивировано из оригинала 6 октября 2014 года . Проверено 10 ноября 2014 г.
- ^ «Apple — iPhone — Сравнение моделей» . Яблоко . Проверено 10 ноября 2014 г.