蓝牙低功耗(BLE)Beacon主要是一种由小型电池供电的无线电发射器,它会透过蓝牙无线技术,定时向行动设备发送包含URL、UUID、电池电压、温度、传输功率等资讯的广告数据封包或固定装置。这种Beacon以特定格式发送BLE广告数据。目前有两种众所周知的Beacon标准一种是由 Apple 开发的iBeacon,另一种则是由Google开发的Eddystone。
Beacon本质是一种单向发送数据的通信设备。这意味着它们只能发送数据资料,但不能从其他设备请求或接收资讯。因此,根据这种设计原理,它们架构也非常简单。
BLE Beacon
信标(Beacon)是一种小型无线设备设备,其大小约三、五公分见方,这种设备会持续不断向附近的智能手机或平板电脑发送无线讯号,其中包含少量数据资讯,并且可以透过设定,配置每种讯号的强度和时间,以提供所需要的覆盖范围使用。行动装置上的应用程序可以收取这种无线讯号,当接收到相关的讯号时,就可以触发手机上的应用程式。
一般来说,这种Beacon采用了低功耗蓝牙(BLE)来运作,目的在於使用更低的功率来发送少量的数据,通常都是低於标准蓝牙功率的20%,以及低於50%以下的数据量。这种设备通常用电池供电,因此采用更低的功耗,可以让电池寿命延长到2~3年不等。甚至有些Beacon还采用了 USB或市电,甚至太阳能电池板,使用的时间会更长久。Beacon本身通常放置於墙壁、天花板上,或隐藏在其他物体中,因为以逛街购物为例,消费者约在70米远的无障碍物地方,就可以透过手机读取到Beacon的讯号,这距离取决於功率的大小。
![图一 : Beacon可以向行动设备发送各种讯息,包括温度、湿度、电池电压或任何其他有意义的物理叁数。](/art/2022/12/201536277820/p1S.JPG)
图一 : Beacon可以向行动设备发送各种讯息,包括温度、湿度、电池电压或任何其他有意义的物理叁数。 |
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应用领域
BLE Beacon主要用於零售业、医疗保健、娱乐、旅游和工业自动化等不同领域。以下是Beacon在不同领域的各种用途:
位置标定
由於Beacon可以在短距离内传输UUID讯息,行动设备上的应用程式或操作系统可以轻松捕获此讯息,并显示标签所附的相关产品资讯与商店位置。例如,如果标签贴在商场的产品上,透过Beacon就可以显示产品的即时位置。
另一种应用是可以是在博物馆或美术馆中,将Beacon标签附加到特定的艺术品上,当叁观者靠近该特定艺术品时,Beacon将URL资讯发送到他们的手机上。叁观者可以打开该URL并获得有关该艺术品的更多资讯。另一种使用方法是监控博物馆的叁观者,每个叁观者身上都贴有标签。因此,工作人员可以查看博物馆特定区域的叁观人数,并根据现场的需要进行引导。
设备遥测
Beacon标签可以固定在任何特定的位置,它可以向行动设备或固定接收器发送各种讯息,包括温度、电池电压、湿度或任何其他有意义的物理叁数。例如,如果标签贴在火灾警报器上,它就可以将电池电压的资讯发送到接收的设备上,让使用者知道何时该安排电池的更换。
距离侦测
Beacon的信号强度也可以用来测量距离。方式是透过设备接收端的无线接收信号强度(Received Signal Strength Indication;RSSI)来计算并得知与Beacon间的大致距离。
购物引导
使用者可以透过BLE 5.1的定位服务来确定Beacon的方向,甚至还可以达到亚米级的精度,也就是可以精确到??米甚至毫米的等级。这种室内定位服务可用於近距离销售,让消费者找到感兴趣的商品与据点,或者透过在个人物品上贴上标签来寻找物品、追踪资产,以及进行室内精确定位。
微定位技术比较
![图二 : Beacon可以用来作为物品定位以及观光区定位的用途。](/art/2022/12/201536277820/p2S.JPG)
图二 : Beacon可以用来作为物品定位以及观光区定位的用途。 |
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Beacon是以低功耗蓝牙技术为主,其应用方式非常多元,就以室内微定位的应用来看的话,BLE的Beacon就可以用来作为物品定位以及观光区定位的用途。由於蓝牙的实时定位系统(RTLS)可以便於追?重要资产,包括识别仓库和医院中的重要设备资产,以及展馆中的贵重物品等。只要在相关资产上安装电池供电的低功耗蓝牙标签,随时发射讯号,就可以将资产的位置和透过设定的讯号强度,发送到类似手机这样的蓝牙接收器上,就可以实现室内的精确定位。而对於博物馆、风景观光区的游客来说,也可以作为定位用途,透过不同位置的定位标签,就可以查询目前的所在位置。
(表一)微定位技术应用与优缺点比较
技术
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Wi-Fi
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BLE
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Zigbee
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UWB
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应用
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●智能养老院
●智慧厂区
●智慧医疗
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●物品定位
●景区游客定位
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●隧道人员定位
●医院、疗养院
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●工业与汽车追踪
●建筑工地、仓库、展厅等精准定位
●危险区域人员和资源定位
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优点
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定位范围广、数据自动更新、定位速度快等。
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功耗低、效率高、成本低。
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功耗低、成本低、容量大。
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传输速率高、功耗低、定位精度高、对抗能力强。
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缺点
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必须在手机上打开WIFI,连接互联网,长期维护等。
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定位范围小,定位误差大。
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定位范围小,定位误差大,多径效应大,抗干扰能力差。
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需要铺设设备,成本相对较高。
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当然室内微定位的竞争技术也非常多。包括Wi-Fi、Zigbee、UWB等技术都是。当然由於其功率、精确度的不同,也使得其应用稍微有些出入。以Wi-Fi来看,由於Wi-Fi讯号普遍在室内都可以遇到,算是最为普及的短距离无线通讯技术。
Wi-Fi在室内的微定位应用方面,就可以用来作为智慧厂房中,各种不同部门职位员工以及访客的所在位置,以及厂区物品与资产分布等,这样就可以方便工作上的分群分类,提高作业效率。而在发生意外危难时,也可以快速得知人员所在位置,立即进行救援的工作。另外在智慧医疗的用途上,也可以透过室内Wi-Fi讯号来即时察看病患位置,以及医疗设备的定位等。相同的应用也能用在老人照护院中,即时定位不同老人的位置,并得知老人的活动范围与行动去向。
相较之下,Zigbee与UWB这两技术就不是那麽普及,但依然有其相关应用领域。Zigbee可以为隧道人员进行定位,其定位的精确度可以达到3米。当发生紧急事故时,只要结合地图来针对人员进行即时位置锁定,就可以进行准确的救援,以确保隧道内的人员安全。此外,Zigbee也很适合用在医院与疗养院,同样可以即时定位病患和老人的位置,为每个患者的人身安全提供及时有效的保障。
UWB可以说是最精准但也是成本最高的室内定位技术。其应用的场合包括了工业与汽车追踪,可以即时追踪资产和库存,改进取物流程、提高搜索效率,减少资源的浪费。在建筑工地、仓库、展厅等室内区域,都可以针对人员、货物、运输机械来进行精准定位,快速找到货物,提高管理效率。至於危险的区域如矿井或隧道,也可以对人员和设备进行定位,为紧急搜索需求提供更准确的位置锁定,提高安全性。
尽管UWB的室内微定位精准度非常高,但其成本也更高,通常UWB定位系统的基础设施和位置标签比起蓝牙或其他系统成本高出10倍,这使得许多企业在导入微定位系统时,会考虑需不需要如此高的精确度,也常常退而求其次,采用更便宜的蓝牙定位系统来节省成本。此外,UWB定位也需要至少三个接收器来接收标签讯号,这也是高成本的原因之一。
结语
透过低功耗蓝牙技术的Beacon应用实现起来其实非常容易,特别是在现在人手一智慧手机的时代,只有带着手机就可以随时随地使用,并且在各种不同产业与应用领域都有应用。随着蓝牙5.1技术的相关定位服务加速导入,未来Beacon的使用也预期将会进一步获得普及。