Справочник по технологии и маячкам Apple iBeacon. Часть 1

Apple разработала технологию iBeacon для того, смартфоны могли определять свое местоположение в закрытых помещениях. Технология основана на стандарте Bluetooth с низким энергопотреблением (Bluetooth Low Energy, BLE), и поддерживается всеми известными марками смартфонов, включая Android и iPhone.

iBeacon-маячки –это устройства, питающиеся от батареек (есть уже варианты маячков работающих от USB), и излучающие сигналы Bluetooth . Маячки iBeacon передают уникальный сигнал несколько раз в секунду, который в радиусе нескольких десятков метров может быть принят телефоном. Получив сигналы от всех близлежащих маячков, телефон может точно определить свое месторасположение. Этот механизм очень похож на то, как корабли ориентируются с помощью обычных маяков.

В отличие от GPS, маячки iBeacon могут применяться для точного позиционирования в помещении. Для этого разработаны многочисленные приложения, в том числе для навигации в помещениях, локационного маркетинга, клиентского сервиса, привязанного к локации и персонализированной помощи. Поскольку маячки используют стандарт Bluetooth Low Energy, этот протокол одинаково хорошо поддерживают как Android так и iOS устройства.

Как следует из самого названия, протокол Bluetooth низкого потребления энергии или BLE является чрезвычайно энергоэффективным. В реальных условиях, разрядка батареи телефона, вызванная работой находящихся рядом с ним маячков, должна быть менее 1%.

Маячки iBeacon стали набирать популярность совсем недавно. Сегодня на рынке существует большое количество их модификаций. Большинство из них рассчитаны на питание от батареек. В этом материале авторы провели первое комплексное сравнение различных устройств маячков, доступных на рынке. Маячки iBeacon бывают различной формы, с разными наборами микросхем, размерами батарейки и прошивками. В статье приводятся данные стресс-теста маячков 26 разных поставщиков.

Bluetooth сигнал, излучаемый маячками, поступает на телефон, и может затем транслироваться на удаленный сервер через интернет. Облачный сервер обрабатывает информацию и выполняет дальнейший анализ, управляя поведением мобильного устройства (а точнее мобильным приложением) в зависимости от его месторасположения. Маячки состоят из четырех основных компонентов:

Аппаратное обеспечение iBeacon маячков

Аппаратная часть состоит из микроконтроллера с BLE-радиочипом и батареи. Новые радиочипы оптимизированы для работы по протоколу BLE, в то время как старые версии были разработаны для классического стандарта Bluetooth, у которого было более высокое энергопотребление. Радиочипы производятся в основном двумя крупными компаниями: Texas Instruments и Nordic Semiconductor. Такие компании, как BlueGiga и Gimbal используют базовые устройства от Texas Instruments, но делают им свою прошивку перед продажей маячков крупным поставщикам.

В большинстве маячков iBeacon чаще всего используются плоские круглые (таблеточные) батарейки. Эти батарейки представляют собой ионно-литиевые элементы и обеспечивают до 1000 мА/ч накопленной мощности. Такие батарейки стандартных размеров рассчитаны на 240 м/Ач (тип CR2032, маленькие), на 620 м/Ач (CR2450, средние) и на 1 000 м/Ач (CR2477, большие). Аналогичные батарейки используются в брелках и электронных часах.

Некоторые маячки iBeacon питаются от щелочных батареек АА, которые широко используются в цифровых фотоаппаратах и телевизионных пультах. Типичная АА батарейка обеспечивает емкость около 2 000 м/Ач, но у нее значительно больший размер, чем у таблеточной батарейки. Зато с такой батарейкой маячок iBeacon может работать до 5 лет!

Наконец, у некоторых маячков бывает внешнее питание. Они могут быть включены в розетку или подключены к USB-разъему. В таких маячках не нужно менять батарейки и в определенных ситуациях их использование может быть экономически выгодным. Однако розетка не всегда может быть оступна оттуда, где находится маячок, без прокладки новой проводки.

В этом материале рассматриваются только маячки на батарейках.

Прошивки iBeacon маячков

У каждого iBeacon маячка есть своя прошивка с запрограммированным кодом, под управлением которой работает его аппаратная часть. Прошивка может контролировать несколько характеристик, которые влияют на срок службы батарейки:

- Мощность передачи: устройства маячка передают сигнал с фиксированной базовой мощностью, известной как мощность передачи. Поскольку сигнал распространяется в воздухе, то мощность принимаемого сигнала уменьшается с увеличением расстояния от маячка. Повышение мощности передачи означает, что сигнал может преодолевать большие расстояния. Снижение мощности передачи обеспечивает меньший расход заряда аккумулятора, но и меньший диапазон приема сигнала.

- Рекламный интервал: скорость (частота), с которой маячок излучает сигнал называется его рекламным интервалом. Интервал 100 мс означает, что сигнал посылается каждые 100 миллисекунд (или 10 раз в секунду). Больший интервал в 500 мс означает, что сигнал посылается только два раза в секунду, что обеспечивает меньшую разрядку батарейки маячка. С увеличением рекламного интервала, время автономной работы маячка также увеличивается, но скорость отклика телефона уменьшается (мобильного приложения, установленного на телефон). Универсального решения для выбора величины рекламных интервалов нет. Для мобильных приложений, где необходима низкая задержка, нужно выбирать минимальные рекламные интервалы. Тем, кто хочет продлить срок службы батарейки рекламный интервал следует увеличить.

Официальная спецификация Apple для протокола iBeacon определяет длину рекламного интервала в 100 мс. Однако, большинство поставщиков маячков варьируют максимальную частоту рекламного интервала, при этом придерживаясь всех других аспектов протокола. В большинстве реальных случаев, рекламного интервала даже гораздо большего, чем 100 мс, более чем достаточно для хорошего взаимодействия с пользователем.

Каждый маячок iBeacon имеет свой собственный способ настройки параметров (мощности передачи и рекламного интервала). Маячки таких фирм, как Kontakt, Estimote, RadBeacon и BlueSense Networks, предоставляют для настройки свои собственные приложения для iPhone. Маячки других производителей таких как Minew, обеспечивают открытый интерфейс через любой GATT-клиент (такие как LightBlue приложение для iPhone или gattool для Linux). Основным преимуществом GATT поддержки маячков является то, что сотни маячков могут быть настроены за один раз.

Некоторые маячки, такие как Gimbal также могут поддерживать свои собственные режимы работы, отличны от протокола Apple iBeacon. В этом исследовании авторы изучают маячки, работающие только по iBeacon протоколу.

В материале, сравниваются разные значения мощности передачи и рекламного интервала, а также приводится анализ их различных сочетаний. Различные маячки обычно имеют мощность своей передачи порядка -12 dBmW и рекламный интервал между 350 мс и 900 мс. Мощность передачи и максимальное покрытие маячка в зоне прямой видимости, составляет:

На рисунке показана примерная дальность излучения маячка iBeacon при заданной мощности излучения (от -30 dBm до 0 dBm). Эта величина может уменьшаться при наличии преград между приемником и маячком.

Продолжение следует...