stringtranslate.com

Bluetooth-маяк с низким энергопотреблением

Bluetooth-маяки — это аппаратные передатчики — класс устройств Bluetooth Low Energy (LE), которые передают свой идентификатор на ближайшие портативные электронные устройства. Технология позволяет смартфонам , планшетам и другим устройствам выполнять действия, находясь в непосредственной близости от маяка.

Bluetooth-маяки используют технологию Bluetooth Low Energy для передачи универсального уникального идентификатора [1], который принимается совместимым приложением или операционной системой. Идентификатор и несколько байтов, отправленных с ним, могут использоваться для определения физического местоположения устройства [2] , отслеживания клиентов или запуска действия на основе местоположения на устройстве, например, регистрации в социальных сетях или push-уведомления .

Одно из приложений — это распространение сообщений в определенной точке интереса , например, в магазине, на автобусной остановке, в комнате или в более определенном месте, например, на предмете мебели или торговом автомате. Это похоже на ранее использовавшуюся технологию geopush на основе GPS , но с гораздо меньшим влиянием на срок службы батареи и гораздо большей точностью.

Другое приложение — это система позиционирования в помещении , [3] [4] [5] , которая помогает смартфонам определять их приблизительное местоположение или контекст. С помощью маяка Bluetooth программное обеспечение смартфона может приблизительно определить свое относительное местоположение по отношению к маяку Bluetooth в магазине. Обычные розничные магазины используют маяки для мобильной коммерции , предлагая клиентам специальные предложения через мобильный маркетинг , [6] и могут включать мобильные платежи через системы точек продаж .

Bluetooth-маяки отличаются от некоторых других технологий определения местоположения, поскольку передающее устройство (маяк) является только односторонним передатчиком для принимающего смартфона или принимающего устройства и требует установки специального приложения на устройстве для взаимодействия с маяками. Таким образом, отслеживать пользователей может только установленное приложение, а не передатчик Bluetooth-маяка.

Передатчики Bluetooth-маяков выпускаются в различных форм-факторах, включая небольшие устройства в виде батареек-таблеток, USB-накопители и универсальные USB- ключи с поддержкой Bluetooth 4.0 . [7]

История и развитие

Разработка технологии радиосвязи «short-link», позже названной Bluetooth, была начата в 1989 году доктором Нильсом Ридбеком, техническим директором Ericsson Mobile в Лунде, и доктором Йоханом Ульманом . Целью была разработка беспроводных гарнитур, согласно двум изобретениям Йохана Ульмана , SE 8902098–6, выданному 12.06.1989 и SE 9202239, выданному 24.07.1992. С момента своего создания стандарт Bluetooth прошел через много поколений, каждое из которых добавляло различные функции. Bluetooth 1.2 позволял увеличить скорость до ≈700 кбит/с. Bluetooth 2.0 улучшил это до скоростей до 3 Мбит/с. Bluetooth 2.1 улучшил скорость сопряжения устройств и безопасность. Bluetooth 3.0 снова повысил скорость передачи данных до 24 Мбит/с. В 2010 году был выпущен Bluetooth 4.0 (Low Energy), в котором основное внимание уделялось снижению энергопотребления. До Bluetooth 4.0 большинство соединений с использованием Bluetooth были двусторонними, оба устройства слушали и общались друг с другом. Хотя эта двусторонняя связь все еще возможна с Bluetooth 4.0, возможна и односторонняя связь. Эта односторонняя связь позволяет устройству Bluetooth передавать информацию, но не прослушивать ее. Эти односторонние «маяки» не требуют сопряженного соединения, как предыдущие устройства Bluetooth, поэтому у них есть новые полезные приложения.

Дизайн

Питание от батареи

Ассортимент iBeacon от разных поставщиков

Bluetooth-маяки работают с использованием стандарта Bluetooth 4.0 Low Energy, поэтому возможны устройства с питанием от батареи. 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 рекламы и мощности передачи. Срок службы батареи может составлять от 1 до 48 месяцев. Рекомендуемая Apple настройка интервала рекламы в 100 мс с батареей типа «таблетка» обеспечивает срок службы в 1–3 месяца, который увеличивается до 2–3 лет при увеличении интервала рекламы до 900 мс. [9]

Расход заряда батареи телефонов является фактором, который необходимо учитывать при развертывании приложений с поддержкой маяков. Недавний отчет показал, что старые телефоны, как правило, потребляют больше заряда батареи вблизи iBeacons, в то время как новые телефоны могут быть более эффективными в той же среде. [10] Помимо времени, затрачиваемого телефоном на сканирование, количество сканирований и количество маяков поблизости также являются существенными факторами для разряда батареи.

Энергоэффективное приложение iBeacon должно учитывать эти аспекты, чтобы обеспечить оптимальный баланс между скоростью отклика приложения и потреблением заряда батареи.

Питание от USB

Bluetooth-маяки также могут поставляться в форме USB-донглов. Эти небольшие USB-маяки могут питаться от стандартного USB-порта, что делает их идеальными для долгосрочных постоянных установок.

Использует

Реклама

Bluetooth-маяки могут использоваться для отправки пакета информации, содержащего универсальный уникальный идентификатор (UUID). Этот UUID используется для запуска событий, специфичных для этого маяка. В случае iBeacon от Apple UUID будет распознан приложением на пользовательском устройстве, которое вызовет событие. Это событие полностью настраивается разработчиком приложения, но в случае рекламы событием может быть push-уведомление с рекламой. Однако в системе на основе UID устройство пользователя должно подключиться к онлайн-серверу, который способен распознавать UUID маяка. После отправки UUID на сервер соответствующее сообщение отправляется на устройство пользователя.

Другие методы рекламы также возможны с маяками, URIBeacon и Eddystone от Google позволяют использовать режим передачи URI, который в отличие от UID iBeacons 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]

Уведомление и взаимодействие

Маяки могут быть связаны с произведениями искусства в музее, чтобы поощрять дальнейшее взаимодействие. Например, уведомление может быть отправлено на мобильное устройство пользователя, когда пользователь находится в непосредственной близости от определенного произведения искусства. Отправляя пользователю уведомление, пользователь получает уведомление о произведении искусства, находящемся в его непосредственной близости, и если пользователь указывает на свой дальнейший интерес, может быть установлено определенное приложение для взаимодействия с обнаруженным произведением искусства. [12] В общем, для взаимодействия мобильного устройства с маяком необходимо собственное приложение, если маяк использует протокол iBeacon; тогда как если используется Eddystone, пользователь может взаимодействовать с произведением искусства через физический веб-URL, транслируемый Eddystone.

Навигация внутри помещения

Позиционирование в помещении с помощью маяков делится на три категории. Реализации с большим количеством маяков на комнату, реализации с одним маяком на комнату и реализации с несколькими маяками на здание. Навигация в помещении с помощью Bluetooth все еще находится в зачаточном состоянии, но были предприняты попытки найти работающее решение.

Много маяков в каждой комнате

При наличии нескольких маяков в комнате трилатерация может использоваться для оценки местоположения пользователей с точностью до 2 метров. [13] Маяки Bluetooth способны передавать свое значение индикатора уровня принятого сигнала (RSSI) в дополнение к другим данным. Это значение RSSI калибруется производителем маяка, чтобы соответствовать уровню сигнала маяка на известном расстоянии, обычно один метр. Используя известную мощность выходного сигнала маяка и мощность сигнала, наблюдаемую принимающим устройством, можно сделать приближение о расстоянии между маяком и устройством. Однако это приближение не очень надежно, поэтому для более точного отслеживания местоположения предпочтительны другие методы. С момента его выпуска в 2010 году было связано много исследований с использованием маяков Bluetooth для отслеживания. Было протестировано несколько методов, чтобы найти наилучший способ объединения значений RSSI для отслеживания. Нейронные сети были предложены в качестве хорошего способа уменьшения ошибки оценки. [13] Также был протестирован стигмергический подход, этот метод использует карту интенсивности для оценки местоположения пользователей . [14] В спецификацию Bluetooth LE 5.1 ​​добавлены еще более точные методы определения местоположения с использованием нескольких маяков.

Один маяк на комнату

Имея только один маяк на комнату, пользователь может использовать свое известное положение комнаты в сочетании с виртуальной картой всех комнат в здании для навигации по зданию. Зданию со множеством отдельных комнат 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 может быть использован простой алгоритм кратчайшего пути, чтобы дать ему наилучший маршрут к комнате, которую он ищет. Эта конфигурация требует цифровой карты здания, но были предприняты попытки упростить создание этой карты. [15]

Несколько маяков на здание

Маяки могут использоваться в сочетании с методами расчета пути пешехода для добавления контрольных точек 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 может использоваться для оценки местоположения человека, когда он идет по зданию. Используя маяки Bluetooth в качестве контрольных точек, местоположение пользователя может быть пересчитано для уменьшения ошибки. Таким образом, несколько маяков Bluetooth могут использоваться для покрытия большой площади, например торгового центра.

Здравоохранение

Используя возможности отслеживания устройств Bluetooth-маяков, можно осуществлять мониторинг пациентов на дому. Используя Bluetooth-маяки, можно отслеживать перемещения и действия человека в его доме. [17] Bluetooth-маяки являются хорошей альтернативой камерам в доме из-за их повышенного уровня конфиденциальности. Кроме того, Bluetooth-маяки можно использовать в больницах или других рабочих местах, чтобы гарантировать, что работники соответствуют определенным стандартам. Например, маяк можно разместить на дозаторе дезинфицирующего средства для рук в больнице — маяки могут помочь гарантировать, что сотрудники регулярно пользуются станцией.

Трекер

Одним из вариантов использования маячков является использование в качестве « поисковика ключей ». Например, маячок крепится к связке ключей, а приложение для смартфона можно использовать для отслеживания последнего времени нахождения устройства в зоне действия.

Другое похожее применение — отслеживание домашних животных, объектов (например, багажа) или людей. Точность и дальность BLE не соответствуют GPS, но маяки значительно дешевле. Существует несколько коммерческих и бесплатных решений, которые основаны на обнаружении близости, а не на точном позиционировании. Например, Nivea запустила кампанию «kid-tracker» в Бразилии еще в 2014 году. [18]

Протоколы маяков

iBeacon

В середине 2013 года Apple представила iBeacons , и эксперты написали о том, как он призван помочь розничной торговле, упростив платежи и обеспечив предложения на месте. 6 декабря 2013 года Apple активировала iBeacons в своих 254 розничных магазинах в США. [19] McDonald's использовала устройства для предоставления специальных предложений потребителям в своих магазинах быстрого питания. [6] По состоянию на май 2014 года различные аппаратные iBeacons можно было приобрести по цене от 5 до 30 долларов за устройство. [20] Каждый из этих различных iBeacons имеет различные настройки по умолчанию для своей мощности передачи по умолчанию и частоты рекламы iBeacon. Некоторые аппаратные iBeacons рекламируют на частоте всего 1 Гц, в то время как другие могут работать на частоте до 10 Гц. [21]

AltBeacon

AltBeacon — это альтернатива iBeacon с открытым исходным кодом, созданная Radius Networks. [22]

URIМаяк

URIBeacons отличаются от iBeacons и AltBeacons тем, что вместо трансляции идентификатора они отправляют URL-адрес, который можно понять немедленно. [22]

Эддистоун

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 Eddystone-TLM. Телеметрическая информация отправляется вместе с данными UID. Доступная информация маяка включает напряжение батареи, температуру маяка, количество пакетов, отправленных с момента последнего запуска, и время работы маяка. [11] Используя протокол Eddystone, Google создала ныне прекращенный [23] Google Nearby, который позволял пользователям Android получать уведомления маяка без приложения.

Сравнимые технологии

Хотя среда беспроводной связи ближнего действия (NFC) сильно отличается и имеет множество непересекающихся приложений, ее по-прежнему сравнивают с iBeacon.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "iBeacons". Дэйв Эдди. 2013-09-22. Архивировано из оригинала 2013-12-03 . Получено 2013-12-11 .
  2. ^ "Понимание различных типов маяков BLE". developer.mbed.org . Получено 25.03.2016 .
  3. ^ "iBeacon Bible" (PDF) . Энди Каваллини . Получено 2014-01-01 .
  4. ^ «Apple iBeacons Explained – Smart Home Occupancy Sensing Solved?». Автоматизированный дом. 3 октября 2013 г. Получено 11 декабря 2013 г.
  5. ^ "iBeacon — игра-переломный момент в навигации InStore". Архивировано из оригинала 2014-10-31 . Получено 2016-04-09 .
  6. ^ ab "iBeacons от Apple находят свой путь в McDonald's". Forbes . 18 декабря 2014 г.
  7. ^ "Обзор piBeacon DIY iBeacon с Raspberry Pi Adafruit Learning System" . Получено 14.05.2014 .
  8. ^ «Поддержка компанией TI технологии Apple iBeacon добавляет значимости предприятию и Интернету вещей». ZDNet .
  9. ^ "Лучшее оборудование iBeacon короновано после обширных стресс-тестов". 9to5 mac. 2014-11-03 . Получено 2014-11-03 .
  10. ^ «Розничные торговцы в восторге от маячков, но как быстро они разрядят аккумулятор вашего смартфона?». GIGAOM. 2014-07-09. Архивировано из оригинала 2014-07-12 . Получено 2014-07-09 .
  11. ^ abc "Что такое Eddystone™? - Estimote Developer". developer.estimote.com . Получено 01.04.2016 .
  12. ^ PC Ng, J. She и S. Park, «Уведомление и взаимодействие: взаимодействие маяка и смартфона для вовлечения пользователей в галереи», Международная конференция IEEE по мультимедиа и выставкам 2017 г. (ICME), Гонконг, 2017 г., стр. 1069–1074. doi: 10.1109/ICME.2017.8019467 [1]
  13. ^ ab Mazan, Filip (2015). «Исследование разработки нейронной сети на основе определения местоположения в помещении с использованием маяков: первые результаты». Computing & Information Systems . 19 (1): 15.
  14. ^ Палумбо Филиппо, Барсокки Паоло (2015). «Стигмергический подход к локализации в помещении с использованием маяков Bluetooth Low Energy». 2015 12-я Международная конференция IEEE по усовершенствованному видеонаблюдению и наблюдению на основе сигналов (AVSS) . С. 1–6. doi :10.1109/AVSS.2015.7301734. ISBN 978-1-4673-7632-7. S2CID  23533984.
  15. ^ Бобек, Шимон (2015). «Внутренняя микролокация с маяками BLE и пошаговое обучение правилам». IEEE 2-я международная конференция по кибернетике .
  16. ^ LI, XI (2015). «Алгоритм интеграции Bluetooth/PDR для системы позиционирования в помещении». Датчики . 15 (10): 24862–24885. Bibcode : 2015Senso..1524862L. doi : 10.3390/s151024862 . PMC 4634470. PMID  26404277 . 
  17. ^ Де, Дебрадж (сентябрь 2015 г.). «Мультимодальные носимые датчики для точного распознавания активности в здравоохранении». IEEE Internet Computing . 19 (5): 26–35. doi :10.1109/MIC.2015.72. S2CID  7600865.
  18. ^ «Реклама Nivea, превращающаяся в устройство слежения за детьми, выигрывает мобильный Гран-при». adage.com . Shareen Pathak. 17 июня 2014 г.
  19. ^ "Apple запускает iBeacon в 254 магазинах, чтобы упростить процесс покупок". ZDNet . Получено 18.12.2013 .
  20. ^ "Создание кроссплатформенных приложений iBeacon для iOS, Android и Windows с помощью C# и Xamarin". 24 апреля 2014 г. Получено 14 мая 2014 г.
  21. ^ "Краткое сравнение оборудования BLE для коммерческого использования - IT Craft". IT Craft . 2016-07-11 . Получено 2017-08-22 .
  22. ^ ab "Понимание различных типов маяков BLE". developer.mbed.org . Получено 01.04.2016 .
  23. ^ "Блог разработчиков Android: Прекращение поддержки уведомлений Android Nearby". android-developers.googleblog.com . Получено 2024-02-13 .
  24. ^ "10 наиболее часто задаваемых вопросов об iBeacons". Pushmote Blog . Архивировано из оригинала 6 октября 2014 года . Получено 10 ноября 2014 года .
  25. ^ "Apple - iPhone - Сравнение моделей". Apple . Получено 10 ноября 2014 г. .