CC BY
340
Применение маячков Beacon и технологии Bluetooth Low Energy для построения систем навигации в зданиях_
Применение маячков Beacon и технологии Bluetooth Low Energy для построения систем
навигации в зданиях
Фальков Е.В., Романов А.Ю.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Московский институт электроники и математики evfalkov@edu.hse.ru, a.romanov@hse.ru Аннотация. В статье рассматривается технология Bluetooth low energy и организация indoor-навигации и идентификации в зданиях с помощью портативных маячков. К области применения данной технологии можно отнести университетские кампусы, большие офисные здания, терминалы аэропортов, больницы и другие объекты. Цель проекта - помочь людям ориентироваться в подобных зданиях с помощью средств программирования и мобильных устройств.
Abstract. The article focuses on the Bluetooth Low Energy technology and the organization of indoor navigation and identification in the buildings by using portable beacons. College campuses, large office buildings, airport terminals, hospitals and other objects are considered to be the possible sphere of usage of such technology. The main purpose of this project is to help people to navigate in such buildings via software and mobile devices.
Ключевые слова: портативный маячок, indoor-навигация, технология Bluetooth low energy, Android, iOS, iBeacon, триангуляция.
Keywords: Beacon, indoor-navigation, Bluetooth low energy technology, Android, iOS, iBeacon, triangulation.
1 Используемые технологии и технические средства при проектировании систем навигации в здании
В данной работе используются устройства Beacon и мобильные устройства (смартфоны, планшеты и проч.), имеющие технологию Bluetooth Low Energy. Сам маячок (Beacon) может внешне отличаться, однако устройства, изготавливаемые разными производителями, имеют однотипную схему и источник питания (рис. 1).
Рис. 1. Портативный маячок Beacon
При этом необходимо, чтобы технологию Bluetooth Low Energy, кроме маячка, поддерживало ещё и пользовательское мобильное устройство.
Bluetooth Low Energy - это последнее поколение технологии Bluetooth, основным достоинством которого является сверхмалое энергопотребление. То есть, пользовательское устройство, на котором будет установлено приложение для работы с Beacon, не будет потреблять энергию батареи и быстро разряжать портативное устройство [1]. Сравнительные характеристики классического Bluetooth и Bluetooth Low Energy приведены в табл. 1.
Таблица 1. Сравнение технологий Bluetooth и Bluetooth Low Energy
Спецификация Классический Bluetooth Bluetooth Low Energy
Расстояние 100 м 50 м
Общее время передачи 100 мс 6 MC
данных
Потребляемая мощность 1 Вт в качестве исходной От 0,01 Вт до 0,5 Вт (зависит от использования)
Максимальный потребляемый <30 мА <20мА
ток
2 Области применения технологии Beacon
В настоящее время основными направлениями, в которых могут
использоваться Beacon, являются:
7) Тга/оог-навигация (маячки крепятся в каждой комнате/отдельном офисе в здании).
8) Подсказки, гиды в музеях (маячки прикрепляются к каждому экспонату).
9) Навигация для слепых (при приближении человека с мобильным устройством к маячку ему проигрывается голосовое сообщение о том, где он находится).
10) Скидки и акции в различных магазинах (при приближении человека к магазину, ему сообщается об актуальной акции).
11) Игровые квесты для ориентирования в городе или на другой местности с помощью маячков.
3 Indoor-навигация
Более всего актуально применение технологии маячков для навигации
внутри помещений {indoor-навигация). Существуют следующие ее
разновидности:
12) Навигация с помощью Ш-Fi. Погрешность в точности определения местоположения таким способом может достигать 25 метров, сравнительно большое энергопотребление [2].
13) Геомагнитное позиционирование. Современные электромагнитные приборы, офисная техника, электрические сети и прочее влияют на
Применение маячков Веасоп и технологии Bluetooth Low Energy
для построения систем навигации в зданиях_
определение местоположения и могу приводить к значительной погрешности.
14) Использование Веасоп-маячков. Самый простой способ в реализации, относительно недорогой по затратам.
15) Навигация с использованием комбинации из предыдущих вариантов [3].
4 Данные, передаваемые маячками Веасоп
Маячок передаёт три основных параметра в сообщении, которое принимает сканирующее Bluetooth-сшшлы устройство:
16) UUID (16 байтов) - идентификатор маячков.
17) Major (2 байта) - информация для идентификации маячков внутри одной UUID группы.
18) Minor (2 байта) - как и Major, используется для идентификации внутри группы маячков.
Также для использования маячка необходимо знать значение параметра ТХ Power, который представляет собой величину силы сигнала, посылаемого маячком на расстояние в 1 метр. Данный параметр задаётся при производстве маячка. Таким образом, используя эти основные параметры и величину уровня сигналов, исходящих от маячков, существует возможность определить местоположение пользователя приемного устройства.
5 Обработка данных, передаваемых маячком
Следует отметить, что для точного определения местоположения пользователя, данных, получаемых от маячков, может быть недостаточно, так как:
19) Сигнал от маячка может быть не всегда стабильным. Иногда уровень сигнала из-за различных факторов окружающей среды может резко усилиться/ослабиться, в связи с чем расчётное расстояние до него может резко меняться.
20) Маячок может перестать работать в результате поломки или разряда батареи.
Чем больше маячков, от которых поступают данные, тем точнее позиционирование и тем меньше влияние поломки одного из них.
6 Реализация системы навигации в мобильных устройствах
Реализация рассматриваемой задачи возможна во всех устройствах на всех распространенных платформах, например, iOS или Android. Требования к платформам: iOS - устройства с iOS 7 и выше; Android -устройства с версией Android 4.3 и выше.
В устройствах компании Apple реализован SDK iBeacons для работы с маячками [4]. В Android имеется SDK для работы с сигналами, принимаемыми с помощью Bluetooth Low Energy [5].
7 Выводы и перспективы дальнейших исследований
Использование маячков Веасоп и технологии Bluetooth Low Energy позволяет обеспечить возможность легкого ориентирования с помощью практически любого мобильного устройства в больших зданиях и помещениях. Перспективным является развитие также других направлений использования данных устройств, в частности, облегчающих ориентирование людям с ограниченными возможностями (слепым), обеспечивающих магазины новыми видами рекламы для привлечения клиентов, и прочих.
Следовательно, существует необходимость в разработке алгоритмов обработки и фильтрации приходящих данных от каждого маячка. Актуальным также является применение основных алгоритмов определения положения в пространстве (триангуляция и трилатерация [6]) для решения задачи точного позиционирования в здании с помощью маячков.
Список литературы
[1] Jason R. Indoor WiFi Location and Beacons: Better Together. URL: http://blogs.cisco.com/ wireless/ indoor-wifi-location-and-beacons-better-together/ (дата обращения: 26.02.2015).
[2] Гмарь Д.В., Кротенок К.И. «Навигация внутри зданий с использованием беспроводной сети (на примере кампуса ВГУЭС)» // Материалы XX Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'2013». СПб, 2013.
[3] Bluetooth с низким энергопотреблением. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ В1ие1ооЙ1_с_низким_энергопотреблением/ (дата обращения: 26.02.2015).
[4] iBeacon for Developers. URL: https://developer.apple.com/ibeacon/ (дата обращения: 26.02.2015).
[5] Bluetooth Low Energy. URL: https://developer.android.com/guide/topics/ connectivity/bluetooth-le.html (дата обращения: 26.02.2015).
[6] Навигация в помещениях с iBeacon и ИНС // Хабрахабр. М., 2014. URL: http://rn.habrahabr.ru/post/245325/ (дата обращения: 26.02.2015).
