ibeacon详解

IBeacon详解iBeacon是苹果公司2013年9月发布的移动设备用OS（iOS7）上配备的新功能。其工作方式是，配备有低功耗蓝牙（BLE）通信功能的设备使用BLE技术向周围发送自己特有的ID，接收到该ID的应用软件会根据该ID采取一些行动。苹果WWDC14之后，对iBeacon加大了技术支持和对其用于室内地图的应用有个更明确的规划。苹果公司公布了iBeaconforDevelopers和MapsforDevelopers等专题页面。iBeacon技术作为利用低功耗蓝牙技术研发者，有不少团队对其进行研究利用。一.iBeacon如何对外推送信息？这是最常见的对iBeacon的误解。iBeacon不是伪基站，iBeacon不会对外推送定制信息。信息推送是手机应用(APP)里的定制功能，如果你的客户安装了你的应用，你就已经具备了推送信息的能力。iBeacon无非是把那个推送行为和beacon对应的位置(这个位置是您部署的，想必您自己知道是哪儿)信息相关联而已。不过给用户的感觉好像是到了这个位置就获取了一条信息，如果您没有应用的话，iBeacon对你几乎没用。Ibeacon工作流程可参考上图，实现分如下四个步骤：第一步：服务提供者向云端（数据服务器，上图中“微信后台”只是一个举例）申请服务，数据服务器生成一个IBeaconId,并将其映射到服务提供者提供的服务，再将IBeaconId告诉服务提供者;第二步：服务提供者把第一步拿到的IBeaconId设置到IBeacon设备上，让IBeacon设备广播该IBeaconId;第三步：用户在该IBeacon设备的信号范围内打开相应APP，APP获取到该IBeaconId;第四步：APP通过第三步拿到的IBeaconId，向数据服务器拉取相应的服务，展示在APP界面，即用户获取到的商家推送的各种信息；二.iBeacon相关定义iBeacon使用的是BLE技术，利用的是BLE中名为“通告帧”（Advertising）的广播帧。通告帧是定期发送的帧，只要是支持BLE的设备就可以接收到。iBeacon通过在这种通告帧的有效负载部分嵌入苹果自主格式的数据来实现。iBeacon的数据主要由四种资讯构成，分别是UUID（通用唯一标识符）、Major、Minor、MeasuredPower。UUID是规定为ISO/IEC11578:1996标准的128位标识符。Major和Minor由iBeacon发布者自行设定，都是16位的标识符。比如，连锁店可以在Major中写入区域资讯，可在Minor中写入个别店铺的ID等。另外，在家电中嵌入iBeacon功能时，可以用Major表示产品型号，用Minor表示错误代码，用来向外部通知故障。MeasuredPower是iBeacon模块与接收器之间相距1m时的参考接收信号强（RSSI：ReceivedSignalStrengthIndicator）。接收器根据该参考RSSI与接收信号的强度来推算发送模块与接收器的距离。苹果将距离简单分为3级，采用贴近（Immediate）、1m以内（Near）、1m以上（Far）三种距离状态。距离在1m以内时，RSSI值基本上成比例减少，而距离在1m以上时，由于反射波的影响等，RSSI不减少而是上下波动。也就是说，相距1m以上时无法推断距离，因此就简单判定为Far。iOS7对接收到的iBeacon信号进行解释后，向等待iBeacon资讯的所有应用软件发送UUID、Major、Minor及靠近程度。发送的靠近程度资讯是Immediate、Near、Far中的一种。接收资讯的应用软件先确认UUID，如果确认是发送给自己的资讯，则再根据Major、Minor的组合进行处理。三.芯片厂商博通、Nordic、德州仪器TI等芯片厂商均已发布支持iBeacon的蓝牙芯片。2014年4月，德州仪器TI宣布自己旗下的蓝牙系列产品将支持苹果的iBeacon定位技术，包括一些用于内嵌式设备、汽车行业的芯片。2014年4月，Nordic推出了nRF51822蓝牙信号台套件，使用苹果的iBeacon™标准，允许开发人员开发自己的信号台应用。2014年5月，博通发布新一代蓝牙Smart芯片，支持苹果iBeacon和无线充电。事实上，现在的大部分芯片都允许用户二次开发，因此即使没有直接支持iBeacon，这些芯片也可以进行二次开发。四.BLE蓝牙设备BLE(低功耗蓝牙技术）已经是智能手机的标配，无论是iOS，Android，还是Windows，黑莓。传统蓝牙需要配对和耗电大已经是过去时，如今最小的电池也能支持BLE设备使用数周到数月。无缝的网络连接更是极大地推动了BLE的应用。iBeacon是建立在BLE基础上的。苹果从iPhone4、谷歌从Android4.2开始都已经支持BLE。2013年，仅苹果手机的出货量就达到1.55亿部。未来，支持BLE的蓝牙设备数量还会进一步提升。五.iBeacon基站布局iBeacon的话，需要零售商单独购买iBeacon基站或者使用苹果的设备作为基站，因此经济实用的基站会促进技术的普及。目前，Estimote开发了一套iBeacon方案，3个iBeacon设备只需要99美元，可覆盖300平米的区域。Estimote的周出货量已经过千，该公司去年也获得了310万美金的融资。除了类似的基站，Philips和GE还开发出了支持iBeacon的照明系统作为基站，很适合布局在超市、商城。Philips研发的照明设备，包括一个可以发送地理位置和产品信息到智能手机的灯泡。通过下载一个应用，商户可以知道他们在商店的具体位置，而顾客也可以找到所需要的产品，灯泡还会为他们提供正确的方向。GE刚刚发布的新LED照明系统可以发挥完整的iBeacons功能，可以帮助商家给用户推送优惠券、促销、产品信息和商店地图。沃尔玛已决定部署通用的最新照明系统。Ibeacon,一项低耗能蓝牙技术技术，工作原理类似之前的蓝牙技术，由基站发射信号，iBeacon定位接受，反馈信号。根据这项简单的定位技术可以做出许多的相应技术应用。Ibeacon技术作为利用低功耗蓝牙技术研发者，有不少团队对其进行研究利用。包括beacool的猫铃、Sensoro的“云子”、智石科技的“BrightBeacon”、四月兄弟的”AprilBeacon”、雨滴的”DropBeacon”以及ebeoo的“ebeooBeacon”和iBeaconCS公共服务平台。其中，”BrightBeacon”率先在国内推出了整体解决方案，为商家、旅游景点、博物馆等提供完整的Beacon基站、App应用以及SDK。ebeoo专注于iBeacon蓝牙信标的硬件提供。其在国内率先推出ebeooBeacon达到三防标准，配备TICC2541蓝牙芯片、CR2477纽扣电池和电路稳压芯片等。iBeaconCS是国内首家面向所有开发者使用的iBeacon专业解决方案平台；iBeaconCS平台提供的不仅仅是技术方案，更为重要的是面向终端业务用户提供了业务整合方案。低功耗蓝牙相比于传统蓝牙在功耗和效率方面有显著提高，在16个不同的iBeacon厂商的一项研究报告称，电池的寿命在1到24个月的范围之内。苹果公司，用一枚纽扣电池提供了1~3个月的生活，设置了100ms的广告频率，这样如果电池提供时间增加到2~3年就相当于广告频率增到到900ms。在部署beacon启用手机app时，手机电池的消耗是一个必须要考虑的因素。最新的报告显示附近有ibeacon时，旧的手机会消耗更多的电量，然而新一点的手机在同样的环境下则更加高效。除了浏览手机消耗的时间，扫描附近的浏览量和信标数依然是电池消耗很重要的因素，正如Aislelabs指出的报告一样。在后续的报告中，Aislelabs发现了苹果5s，苹果5c和老版的苹果4s在电池消耗方面的一个大幅的改善。在10个ibeacons的周围，苹果4s每小时消耗了11%的电量而苹果5s则每小时比它少消耗5%的电量。一个高效节能的ibeacon应用程序需要考虑这些方面去保持应用的响应性和电池消耗之间的平衡。七.相关问题1、苹果是否有关于信息传输部分的协议？大家总是在想，beacon如果结成传感器网络该多好呀。实际情况是现在为止，这只是一个传说，还没有见到实际的例子，也没有看到规划。现在iBeacon都是基于把beacon当做信标点使用的这种场景。iBeacon节点间并不互联。国内一些厂家所谓的网络也是指iBeacon基站，终端（手机）应用，和为终端服务的云端（服务器）侧服务加起来统称为网络。2、是否支持传输少量定制数据？iBeacon协议并不用于传输定制化数据。如果改变协议就不是标准协议，也会失去iOS对iBeacon节点的基本支持。但是不排除一个节点以普通蓝牙方式和以iBeacon方式分时运行的方法。四月兄弟恰恰有这方面的产品规划。3、为什么我拿到的beacon测距不准确？iBeacon是一个基于BLE(低功耗蓝牙技术)的2.4G射频技术，根据射频场强随距离衰减的模型计算距离。因为射频信号传播本身就受环境干扰大不稳定。所以基于这个原理的测距也不会精确。苹果也是把结果放在一个概率范围内，分成Immediate，Near，Far倒是还成。基本上我们观察的结果，在3米以内的精确度尚可，3米以后基本上是胡扯。4、用iBeacon是否可以实现精确的室内定位？iBeacon直接测距不准，但是如果房间内有多个beacons并且拓扑合理的话，倒是能达到比较好的室内定位效果。信号不稳定额可以通过时间平滑，或者多个beacon互相验证纠正，但这些算法并不容易。要做到定位精度高，反应快需要相当的积累。现在还没有这方面比较好开源代码可供参考。根据四月兄弟和智慧图的联合测试结果。在平均20平米1个beacon的部署密度情况下。定位精度保持在分米级别是没问题的。而且beacon硬件和施工成本相当低。在很多场景下与现有室内导航技术相比的技术优势明显。5、多个iBeacon基站同时工作是否会产生严重影响？可以想见。将来一个商业单位内可能部署一家公司的或多家公司的多个iBeacon基站。是否会产生类似wifi热点互相影响的情况。理论上可以肯定这些基站是会互相干扰的，但是因为蓝牙信多信道广播（3个广播信道），并且实际使用中Beacon传输周期占空比小(0.04或更小)等原因，所以干扰也不会很严重。实际使用场景中蓝牙信号会迅速衰减，所以问题会很小。我们曾经在一个皮包内内同时打开200个Beacon，都能检测到正常工作没有观察到任何影响。6、Android是否兼容？苹果对于iBeacon的支持很有力。Android4.3以后也增加了支持，市面上也有很多开源的SDK可以直接用。原先流行于Android平台的NFC由于作用距离短等原因基本上没有流行起来。看起来iBeacon有取而代之的趋势。7、蓝牙基站是否方便升级？由于iBeacon协议还在发展过程中，现在部署的基站可能会不能包括以后的特征。AprilBeacon201型号以后的型号都可以在不拆装节点的情况下，使用智能终端直接刷ROM升级。8、我部署的iBeacon节点是否会被别的商家使用？回答是肯定的。由于iBeacon协议开放，而且易于伪造，你部署的节点完全可以被竞争企业使用。甚至是伪造一个跟你的ID完全相同的Beacon。防止冒用蹭用是一个课题。四月兄弟会给出一个解决方案。但截止目前为止现在的情况还是可以被冒用。由于现在商业上还没规模部署，到这个问题变严重前还有时间去解决。9、iBeacon的耗电量如何？市面上有些产品说的有些半年，有些可以用4年是啥情况？现在市售方案除Estimote比较特殊外基本上都是TI的2540或2541方案的。Beacon作为蓝牙基站发射时间特别短只有4mS左右。发射周期可调，比如苹果规定100mS发射一次，也就是说100mS里只发射4ms，四月兄弟的默认产品发射周期设置为900mS。发射功率也可调，比如2540提供0dBmw,+4dBm,-6dB