Детальный обзор технологии маячков Apple iBeacon & Google Eddystone

Настоящая статья описывает текущее и перспективное состояние маячков Apple iBeacon & Google Eddystone (далее по тексту iBeacon & Eddystone) с технической точки зрения, в том числе параметры охватывающей способности, условия использования и управления (включая управление информационным наполнением), виды маячков. Купить маячки Apple iBeacon & Google Eddystone можно на сайте proximity.expert, который специально создан для этих целей. Настоящий документ предназначен для тех, кто больше интересуется техническими аспектами использования маячков iBeacon & Eddystone. Изложенная здесь информация предназначена для людей, имеющих базовую техническую подготовку, однако будет также понятна любому читателю. В основе статьи лежит технический обзор маячков от компании mubaloo, дополненный нашим опытом на Российском рынке.

Ручная настройка маячков ibeacon

Виды маячков: iBeacon и Eddystone

Представленные в 2013 году маячки iBeacon, работающие на iOS 7, являются разработкой Apple, демонстрирующей принципы взаимодействия смартфонов с маячками посредством подаваемых последними сигналов. Принцип работы iBeacon от Apple основан на технологии распознавания приближения (proximity) в трёх диапазонах: непосредственного, ближнего и дальнего приближения. Для обеспечения безопасности и защиты информации пользователям нужно включить на своих устройствах Bluetooth и установить отдельно мобильное приложение, взаимодействующее с маячком. Цель создания iBeacon – совершенствование мобильных устройств Apple и открытия нового рынка IoT.

С маячками iBeacon приложения могут запускаться при поступлении приветственного сообщения или при распознавании мобильного устройства, находящегося на той или иной локации. При этом значки мобильных приложений (Apple iOS) появляются в нижнем левом углу экрана устройства, даже если эти приложения на устройстве не установлены (данное утверждение требует проверки), что побуждает пользователей либо открыть, либо установить нужное приложение.

letmeget_ibeacon

С того времени, как Apple представила iBeacon, появилось множество технологий распознавания сигналов маячков для устройств на базе Android. Наиболее широко известен AltBeacon от Radius Networks – маячок открытого формата межплатформенного типа действия, по функциональности схожий с iBeacon. Недостаток AltBeacon – небольшой объём базы, в результате чего для надёжной работы маячка требуются дополнительные функциональные возможности.

Следующим шагом в развитии маячковых технологий стал формат Eddystone, выпущенный компанией Google в 2015. Он был создан для расширения области применения маячков, поддерживает множество типов охвата и предлагает возможности лёгкого использования новых принципов функционирования. Для решения одной из наиболее актуальных проблем, связанных с использованием маячков, Google добавила функциональную возможность под названием «кратковременные идентификаторы» (Ephemeral Identifiers, EIDs), которая позволяет регулярно менять ID. Это значит, что опознать их могут только авторизованные пользователи. Таким образом, использование маячков Eddystone должно быть более безопасным.

Функция EIDs затрудняет клонирование маячков Eddystone, предотвращает возможность ошибочного срабатывания. Существует ряд причин, по которым маячки стараются клонировать, и хотя таким образом можно активировать только те команды, на которые приложение запрограммировано, многие компании, планирующие использование маячков, имеют серьезные опасения по этому поводу. Функция EIDs помогает решить такую проблему. 

Для расширения возможностей Eddystone использует новые API-интерфейсы, обеспечивающие более качественный обмен данными между маячками и мобильными устройствами. API ближнего действия (Nearby API) облегчает приложениям поиск и установление связи с маячками для получения конкретной информации и общих положений. Nearby обеспечивает доступность API и «сообщений ближнего действия» (Nearby Messages) для устройств на базе iOS и Android, благодаря чему они могут обнаруживать друг друга и поддерживать связь, так же как и другие маячки.

В этих целях Nearby применяет сочетание Bluetooth, Wi-Fi и ультразвука (используя громкоговоритель и микрофон устройства). Аккаунт Google для этого не нужен, функция включается в приложении, для чего пользователь должен дать свое согласие. 

Ещё одно преимущество Eddystone – API доступности маячка (Proximity Beacon API). Эта функция помогает разработчикам осуществлять управление данными маячков с помощью интерфейса Representational State Transfer (REST). Поскольку маячки регистрируются при помощи API доступности маячка от Google (Google's Proximity Beacon API), хранящиеся в облаке приложения могут быть запущены и отображены на экране устройства, когда оно появляется в зоне действия маячка – например, прозвучит аудиосообщение, появится сигнал на экране блокировки, запустится составляющая приложения. Фактически это может быть любое цифровое оповещение. Благодаря чему можно работать с информацией от каждого маячка и обновлять её даже после того, как маячки запущены.

С Eddystone браузеры мобильных устройств, использующие API доступности, могут распознавать ID маячков, запуская текстовые сообщения или рекламные объявления, причем для этого не нужно устанавливать специальные приложения (если не считать приложение браузера).

Использование маячков Google основано на применении телеметрического кадра, что изначально предусматривает управление маячками и параметрами отчётности, такими, как степень нагрева и состояние батареи. Такие кадры передаются реже, чем другие, позволяя устройству отвечать на запросы маячков. Eddystone предоставляет больше возможностей, чем iBeacon. iBeacon создавался как средство для моментальной передачи информационных материалов по принципу доступности, в то время как Eddystone объединяет полученную дистанционно информацию с прочей. Это делает маячки Eddystone более полезными с точки зрения конкретных принципов использования, особенно для сбора деловой информации о различных условиях работы и состоянии оборудования.

BLE и IoT

«Умный» Bluetooth (Bluetooth Low Energy, или BLE) – версия Bluetooth, благодаря которой маячки iBeacon & Eddystone стали реальностью. Он предназначен для отправки небольших пакетов данных короткими очередями по принципу «включение/выключение». Режим, при котором маячки iBeacon & Eddystone настроены на включение и выключение, сэкономит время работы батареи в тех условиях, когда используются маячки на батареях. Использование режима настройки маячков iBeacon & Eddystone в целом зависит от сценария использования, особенностей работы маячков и факторов окружающей среды.

Протокол связи BLE позволяет использовать встроенные датчики и пересылать такие данные, как температура (степень нагрева), расход электроэнергии, уровень газа или жидкости и прочую информацию на мобильное устройство. Это помогает получать дополнительные сведения об условиях работы и подробностях состояния оборудования или распознавать потенциальные проблемы.

Согласно документации о технических условиях использования Bluetooth 4.2, вскоре его можно будет использовать для создания сетей между маячками, которые подключены к Интернету с помощью IpV6. Компании смогут удалённо контролировать состояние маячков и собирать информацию, не нуждаясь в том, чтобы пользователи регулярно появлялись в поле действия маячков.

В сфере интернета физических объектов (IoT) большинство компаний в настоящее время ориентируются на Wi-Fi и технологии сотовой связи, но Bluetooth предлагает менее затратную, альтернативную и/или дополняющую указанные технологию. Большая часть сценариев использования предусматривает обязательное использование многочисленных протоколов обмена данными. BLE в первую очередь находит применение в развитии пользовательского сценария «peer-to-peer», а также там, где мобильные устройства применяются для выхода в Интернет, когда для удалённого соединения используются другие протоколы.

Сочетание Bluetooth, Wi-Fi, сотовых и прочих управляемых при помощи сенсоров технологий для IoT позволит нам сформировать представление о контекстном интернете физических объектов. Начнётся новая эра, где пространства и вещи смогут обеспечивать интеллектуальное развитие, благодаря чему в распоряжении компаний окажется более полный обзор окружающей обстановки и объектов, а их сотрудники смогут лучше выполнять свои обязанности.

Пакет объявления маячков

В основном маячки iBeacon & Eddystone посылают данные о трёх ID (идентификаторам), благодаря которым мобильное устройство (а точнее - мобильное приложение) может определить степень доступности маячка. Каждый ID обычно вызывает запуск той или иной функции либо возникновение информационного материала или на сервере, или на стороне пользователя. Примером является автоматическая регистрация. Применительно к маячкам Eddystone от Google можно также считывать другие единицы информации из данных рекламного материала, такие, как телеметрические сведения о состоянии маячка и его батареи, значения времени выполнения и даже URL. Ещё маячки могут передавать небольшие порции данных от сенсоров, предоставляя пользователям более полную информацию, а интеллектуальным устройствам компаний – сведения о состоянии среды в зоне действия маячков.

Надёжность BLE

BLE также рассчитан на работу в диапазоне частот с использованием спектра 2,4 ГГц. Этот спектр свободный и нелицензируемый, т.е. в нём можно эксплуатировать любые технологии. Чтобы избегать помех, BLE использует переключение частоты, это помогает маячкам обнаружить соответствующий канал передачи. Помимо этого, создаются запросы, воздействующие на передаваемые маячками сигналы. Если маячки не были должным образом настроены, размещены и проверены в реальных условиях эксплуатации, это может заметно сказаться на взаимодействии с пользователем. Существуют технические особенности выбора базы маячков: нужно учесть ряд известных нюансов, таких, как наложение областей действия маячков. У маячков BLE есть ряд характеристик вроде силы и частоты передачи, которые позволяют осуществлять контроль за реакциями приложений.

Характеристики и техническое обслуживание BLE

«Конструкцию» BLE можно представить в виде «коробки» или ёмкости. Пакет объявлений просто позволяет распознанному на мобильном устройстве мобильному приложению запуститься и, в случае с маячками iBeacon & Eddystone, разрешает устройству идентифицировать их. В некоторых случаях можно настроить мобильные приложения так, чтобы они устанавливали соединение с маячком, разрешая ему использовать дополнительные услуги (такие, как работа датчика давления, например), и считывать характеристики (например, показатель давления). Чтобы мобильное приложение получило эти данные, оно должно подключиться к внешнему устройству BLE – тогда оно сможет обнаружить его сервисные функции и запросить характеристические данные. При таких представлениях BLE устройства на базе и iOS, и Android могут успешно контактировать с внешними устройствами BLE с их функциями и свойствами. Настоящий прогресс для маячков iBeacon & Eddystone – добавление в их пакет объявления ряда функциональных характеристик, которые может запросить мобильное устройство, чтобы передать дополнительные данные от связанных с маячками датчиков. Нечто подобное представлено в технических характеристиках Eddystone от Google.

Дополнительные сведения из пакета объявления BLE

Согласно техническим характеристикам, благодаря протоколу связи BLE можно предоставлять немалое количество услуг, например, услугу телефонной связи, которая используется во многих современных моделях «умных часов» (в этом случае используется двухрежимный BLE). Маячки iBeacon & Eddystone традиционно предназначались для передачи очень малых объёмов данных из доступных пакетов объявлений. Частично это объясняется необходимостью использования сугубо специальных сценариев, лежащих в основе определения доступности. Это позволяет заметно уменьшить пакет объявлений, а значит, продлить срок службы батареи как маячков, так и устройств, принимающих пакеты данных.

Но пока маячки iBeacon & Eddystone устанавливают соединение с мобильными устройствами после получения разрешений через браузеры или мобильные приложения, область применения маячков останется узкой. В большинстве проектов корпоративного использования предусматривается стремление использовать маячки iBeacon & Eddystone для получения сведений о текущем состоянии объектов и дополнительного взаимодействия с сотрудниками в целях осуществления бизнес анализа.

В этих целях можно зашифровать приложение так, чтобы оно устанавливало временное соединение с маячками и могло при этом получать подробную информацию из пакета объявлений. В то же время в пользовательских сценариях эта возможность ограничивается проблемами безопасности, особенно если идёт речь о регулярном сборе дополнительных данных.

Там, где установление соединения представляется нецелесообразным, внешние устройства BLE могут вводить данные в пакет объявлений, откуда их получают мобильные приложения. Примером может служить размещение пакета данных маячка в основном оповещении и данных дополнительного датчика в сообщении-отклике после принятия. Этот приём позволяет мобильному приложению связываться с маячком и получать данные датчика без необходимости устанавливать соединение.

Операционная система Android полностью приспособлена для работы с соответствующим программным обеспечением, для iOS это сложнее, а в ряде случаев невозможно. При использовании iBeacon на базе iOS для считывания дополнительных данных необходимо устанавливать соединение с маячком, что сужает возможности применения определённых сценариев использования. При этом компании могут параллельно использовать Eddystone для считывания дополнительных данных, хотя это будет зависеть от типа сценария использования и особенностей среды.

BLE 4.2

В конце 2014 года группа пользователей Bluetooth (Special Interest Group, SIG) представила свою техническую характеристику Bluetooth 4.2. Bluetooth получил ряд новых свойств, при этом повысилась скорость его работы и улучшилась защита приватности. Главным из этих новых свойств стала долго обсуждавшаяся возможность использовать Bluetooth вместо IPv6. Она позволит устройствам напрямую подключаться к Интернету и откроет новые возможности для датчиков Bluetooth, таких, как маячки, не говоря о прочем оборудовании. Более того, это позволит создать сеть из подключенных к Интернету маячков. Bluetooth 4.2 в 2,5 раза быстрее, по сравнению с предыдущими версиями объём пакета данных вырос в 10 раз, в то время как потребление электроэнергии снизилось.

С помощью маячков уже можно объединять различные сферы интернета физических объектов, создавать сети маячков. Подключение маячков к Интернету способствует быстрому развитию технологий. Например, маячки можно использовать и контролировать удалённо. Существуют две основные конфигурации, одну из которых можно охарактеризовать понятием «звезда», другую - «сеть». Говоря упрощённо, «звезда» подразумевает ситуацию, когда ряд узлов сообщается с одним, центральным, а «сеть», традиционно, - когда каждый узел связан для пересылки сообщений с одним или несколькими. Обычно «сети» используются, чтобы увеличить расстояние, на которое можно передать данные.

Это делает Bluetooth 4.2 идеальной технологией для установления соединения между устройствами IoT, пригодной и для контроля, и для управления ими. В таком случае, когда устройства связаны друг с другом, обычный BLE используется для контроля, а двухрежимный – для управления.

Мощность

Срок работы маячков на батареях монеточного типа и батареях- «таблетках» редко достигает двух лет. Батарея АА-типа предоставляет маячку широкие возможности для полноценного функционирования с выполнением большинства задач. С помощью солнечной энергии можно наладить работу маячков iBeacon & Eddystone , находящихся на открытых пространствах, а распространение фотоэлементов даёт возможность заряжать от источников света маячки в помещениях.

Маячки работают практически от любого источника питания. Изначально они предлагались как устройства на аккумуляторах таблеточного типа, которые гарантировали срок работы в пределах двух лет. Однако сегодня можно использовать условия среды и свойства маячков в целях продления срока их службы. В связи с этим любой маячок на батарее- «таблетке» может работать дольше – от аккумуляторного элемента на 1000 мА/ч, быстро включаясь и выключаясь столько раз, сколько нужно в большинстве ситуаций при работе внутри помещений.

В условиях постоянного изменения степени нагрева (например, вне помещений или когда действует требование предельного времени) доказали свою пригодность для работы с должным уровнем мощности на протяжении двух лет маячки на батареях АА-типа. 

Вне помещений можно использовать маячки iBeacon & Eddystone , работающие на солнечной энергии. Разработчики современных версий таких маячков стремятся замедлить проведение ping-запросов, что означает, что эти маячки не слишком подходят для условий, в которых используется большое количество взаимодействующих устройств или требуется мгновенная активация встроенного приложения. Однако можно использовать технологии продления срока службы батарей, чередуя использование батареи и солнечной энергии или даже используя солнечную энергию при благоприятных погодных условиях, а батареи – при неблагоприятных. Разработки в этой сфере обещают появление в продаже более стабильно и надёжно работающих маячков в ближайшие несколько лет. 

Питающиеся от электросети или USB-интерфейса маячки тоже используются на практике. Они идеальны в тех условиях, когда можно обеспечить подвод к ним электроэнергии – например, в помещениях. 

Ещё одно усовершенствование подразумевает возможность использования зарядовой связи, когда маячок подсоединяется к электрокабелю и питается непосредственно от него. Эти три типа маячков идеальны для работы в условиях, когда электрокабели уже были проложены ранее или когда нельзя использовать маячки с питанием от аккумуляторной батареи.

Потребляемая мощность маячка определяется рядом показателей, от которых зависит, маячок какого типа нужно использовать. Одним из них является частота передачи своего идентификатора. Во многих случаях маячки должны контактировать с сотнями различных устройств, которые находятся у проходящих мимо людей. При таком режиме работы показатель частоты, которая обеспечит качественный мгновенный обмен данными, должен быть равен 300-100 миллисекундам. Маячки при этом быстро включаются и выключаются, для чего требуется больше энергии, а это сказывается на времени работы батареи. Для таких ситуаций идеально подходят маячки, работающие на АА-батареях или от электросети. При других условиях, когда интенсивность передачи меньше, могут очень хорошо себя показать маячки, работающие на солнечной энергии или маленьких батареях.

ibeacon eddystone google

Другой показатель – мощность передачи. Маячки могут транслировать сигнал на расстояние до 100 метров (в перспективе новые BLE-процессоры позволят покрыть и большую площадь) в зависимости от типа используемого источника питания и интенсивности передачи. При этом может возникнуть необходимость настроить маячок iBeacon & Eddystone на работу на максимальной мощности, чтобы преодолеть помехи и прочие условия среды, а это также скажется на производительности батареи. Как и в случае с частотой передачи, выбор правильного типа маячка с учётом сценария его использования и условий, в которых он будет функционировать, имеет немаловажное значение, для обеспечения его успешной работы. 

Ещё один показатель – внешние условия. Установка маячков на открытых пространствах в таких странах, как Россия, с её постоянно меняющимися погодными условиями, отражается на сроке службы батарей. В числе факторов воздействия – дождь, снег, холод, жара, сильный ветер. Заметное сокращает срок службы батарей установка на объектах, температура которых может изменяться. Маячкам с прикреплёнными к ним датчиками, измеряющими такие показатели, как расход электроэнергии, давление (атмосферное давление), влажность, температуру и тому подобное, может требоваться большая мощность для считывания данных с датчиков. В некоторых случаях размещения датчиков и управления ими на рабочих площадках и объектах создаются парные соединения маячков с устройствами, чтобы можно было вносить изменения в техническое оснащение. Это тоже может оказывать воздействие на срок работы батарей.

Управление маячками Существует три основных метода управления маячками. В данном параграфе будет детально рассмотрен каждый метод с его положительными и отрицательными особенностями. 

1. Мониторинг масс

Метод мониторинга масс основан на определении среднего числа проходящих мимо маячков людей – от этого зависит, как часто срабатывают маячки и как часто нужно проверять их состояние. Он идеален для тех случаев использования, при которых на устройствах у достаточного количества людей установлено нужное мобильное приложение, включён Bluetooth или, в случае с Eddystone, используется пригодный для установления контакта интернет-браузер, например, Google Chrome. Данный метод управления идеально подходит для применения на общественных площадках и торговых пространствах, в зданиях со служебными помещениями и в транспорте, на предприятиях общественного питания, спортивных объектах и в прочих подобных местах с непрерывным потоком людей. Для корпоративных предприятий  метод также подойдет: мимо маячков ежедневно проходят сотрудники с устройствами, на которых установлены нужные приложения.

ibeacon-in-stadium-mlb

2. Точки доступа BLE

Сегодня на некоторых точках доступа Wi-Fi установлены маячки iBeacon & Eddystone, что позволяет постоянно контролировать другие маячки, находящиеся поблизости. Но маячки iBeacon & Eddystone должны быть расположены в пределах досягаемости сигнала точки доступа, которая может менять диапазон подачи или оказывать воздействие иным образом. В других случаях маячок в точке доступа может использоваться для создания одиночной площади покрытия. Это делает управление маячком относительно простым, поскольку он поддерживает надёжное соединение с Интернетом, хотя вариантов использования одного маячка на практике немного.

3. Смарт-хабы IPV6

Как было сказано выше, в скором времени появятся маячки с поддержкой Bluetooth 4.2. В будущем смарт-хабы и точки доступа смогут быть использованы для контроля и объединения в сети маячков и различного оборудования с поддержкой BLE. На практике это будет означать создание отдельно взятых сотовых соединений с сетью, связывающей различные объекты для сбора данных, так что создание IoT обойдётся дешевле, чем в настоящее время. Управление информационным наполнением маячков

В случае с маячками, помимо физического управления, требуется также управление контентом, которым маячки оперируют в рамках работы с приложениями или веб-браузерами (в случае с Eddystone). Существует несколько способов осуществления этого управления, и эти способы описаны в данном параграфе.

1. Функции, встроенные в мобильное приложение

Если разработанное мобильное приложение предназначено для использования в случае, когда устройство не может подключиться к Интернету, контент может быть задан непосредственно в этом приложении. Пусковые сигналы для него должны быть соответствующим образом заданы заранее. Метод идеален при работе с мобильными приложениями, контент которых изменяется редко – например, в случае с музеями, где, как правило, подолгу выставлены одни и те же экспонаты. Обновление контента при этом происходит во время обновления приложений или загрузки встроенных в них функций. В то же время применение этого метода ограничивается несколькими типами использования маячков iBeacon & Eddystone: возможности невелики, поскольку изменения контента приходится встраивать в систему. Для приложений, в которых контент регулярно меняется, рекомендуется использовать серверную базовую систему. 2. Базовая система (платформа)

Базовые системы для маячков - не редкость на рынке. Предназначены они для того, чтобы облегчать компаниям удалённое управление маячками (и пусковыми сигналами для приложений) путём использования облачных систем. Базовые системы обычно интегрируются в приложения при помощи пакетов разработки. Пакет разработки представляет собой несколько строк кода, которые разработчики легко добавляют в свои приложения. Управление информационным наполнением проходит через сетевую или мобильную базовую систему – это позволяет компаниям оперировать данными, задавать параметры того или иного действия приложения и собирать информацию о разных этапах обмена данными.

Обеспечение безопасности

Обеспечение безопасности – один из важнейших аспектов использования маячков iBeacon & Eddystone. В то время как ID маячков изначально являются открытыми, сами маячки обычно поставляются с шестизначными пин-кодами – у каждого маячка уникальный пин-код. Это значит, что, хотя и существует техническая возможность клонирования ID маячка, при использовании в корпоративных целях приложения можно настроить так, чтобы они создавали временное соединение с маячками для подтверждения их подлинности.Google представила вместе с Eddystone функциональную возможность под названием «кратковременные идентификаторы» (Ephemeral Identifiers, EIDs), которая позволяет регулярно менять ID. Это означает, что опознавать их могут только авторизованные пользователи.

Как было сказано выше, существует возможность настройки устройств, обеспечивающей кодирование и защиту данных паролем. Когда необходимо создать соединение с маячками для получения данных, можно настроить приложение таким образом, чтобы оно сначала проводило идентификацию пользователя, и только после подтверждения идентификации происходило считывание данных. В такой ситуации данные размещаются в пакетах объявлений, а приложения настраиваются для считывания, расшифровывать и использования информации.

Заключение

С появлением Eddystone развитие рынка маячков вновь набрало обороты, однако многие сферы применения до сих пор не охвачены корпоративными клиентами. Маячковые технологии пока находятся на начальных этапах развития и постоянно подвергаются усовершенствованию: подбираются новые источники питания, вводятся стандарты BLE, применяются методы подключения ряда датчиков для расширения возможности передачи контекстной информации. Согласно прошлогоднему докладу об исследованиях двоичных интерфейсов приложений (ABI Research), к 2019 году предполагается установка до 60 миллионов маячков в год. Понимание того факта, что маячки являются средством установки соединений для IoT, позволит сделать это предположение реальностью.

Как было указано в данной статье, существует множество аспектов, которые надо учитывать при использовании маячков. Условия среды, в которой они работают, будут оказывать воздействие на любой маячок, какого бы типа он ни был: iBeacon от Apple, Eddystone от Google или устройство на базе другого программного обеспечения (в том числе с любыми из ряда описанных особенностей).

Компаниям необходимо учитывать все эти нюансы и понимать, что маячки не обязательно являются устройствами, работающими по принципу «plug-and-play» (в режиме автоматического конфигурирования). Для достижения оптимального взаимодействия конечных пользователей, которое принесёт выгоду и пользователям, и компании, необходимо работать с людьми, отлично понимающими особенности использования маячков. 

За те два года, что маячки находятся на рынке, стали понятны оптимальные способы их использования. Потенциальные возможности маячковых технологий велики: они помогут компаниям ускорить интеллектуальное развитие, усовершенствовать подход к работе, предоставить конечному потребителю важную информацию, упростить ход выполнения необходимых задач и новые принципы контекстозависимого взаимодействия приложений для достижения поставленных целей.
Поделиться:
2414
Комментарии
Подписаться на канал
Наверх