電子發(fā)燒友App
ibeacon是什么
iBeacon是蘋果公司2013年9月發(fā)布的移動設備用OS（iOS7）上配備的新功能。其工作方式是，配備有 低功耗藍牙（BLE）通信功能的設備使用BLE技術向周圍發(fā)送自己特有的ID，接收到該ID的應用軟件會根據(jù)該ID采取一些行動。比如，在店鋪里設置iBeacon通信模塊的話，便可讓iPhone和iPad上運行一資訊告知服務器，或者由服務器向顧客發(fā)送折扣券及進店積分。此外，還可以在家電發(fā)生故障或停止工作時使用iBeacon向應用軟件發(fā)送資訊。
蘋果 WWDC 14 之后，對 iBeacon 加大了技術支持和對其用于室內(nèi)地圖的應用有個更明確的規(guī)劃。蘋果公司公布了 iBeacon for Developers 和 Maps for Developers 等專題頁面。
iBeacon技術作為利用低功耗藍牙技術研發(fā)者，有不少團隊對其進行研究利用。
BLE設備如何通信
BLE的通信包括兩個主要部分：advertising（廣告）和connecting（連接）。
廣告（Advertising）是一種單向的發(fā)送機制。想要被搜索到的設備可以以20毫秒到10秒鐘的時間間隔發(fā)送一段數(shù)據(jù)包。使用的時間間隔越短，電池消耗的越快，但設備被發(fā)現(xiàn)的速度也就會快。數(shù)據(jù)包長度最多47個字節(jié)，由以下部分組成：
1 byte preamble（1字節(jié)做報頭）
4 byte access address（4字節(jié)做地址）
39 bytes advertising channel PDU（39個字節(jié)用于PDU數(shù)據(jù)包）
3 bytes CRC（3個字節(jié)用于CRC數(shù)據(jù)校驗）
對于廣告通信信道，地址部分永遠都是0x8E89BED6。對于其它數(shù)據(jù)信道，地址部分由不同的連接決定。
返回的PDU數(shù)據(jù)也擁有自己的數(shù)據(jù)報頭（2個字節(jié)：聲明有效載荷數(shù)據(jù)的長度和類型——設備是否支持連接等等）和當前有效載荷數(shù)據(jù)（最多37個字節(jié)）。
最終，有效載荷數(shù)據(jù)中的頭6個字節(jié)是設備的MAC地址，所以實際信息數(shù)據(jù)最高可占31個字節(jié)。
BLE設備可以運行在單一的不可連接的廣告模式中（在這種模式下所有的信息都包含在廣告數(shù)據(jù)包中），然而設備也是允許運行在可被連接的模式下（通常情況下都是這種模式）。
當設備被發(fā)現(xiàn)之后，一個連接就會被建立起來。之后就可以讀取BLE設備提供的Service，以及每個Service的characteristic（屬性，類似于GATT Profile實例）。每一個characteristic都會提供一些值，這些值可以被讀取或者修改。例如，一個小型溫控器可以開放一個service用于獲取當前的溫度或者濕度讀數(shù)（相當于是service的characteristic），同時也可以開放其它的service和characteristic用于設置期望的溫度。這里因為beacon不使用連接模式，我將會跳過這些細節(jié)。如果你想要了解更多關于連接BLE設備的內(nèi)容，可以參考Apple‘s Core Bluetooth guide，盡管你可能不是一個IOS開發(fā)者。更多相關技術性的文章，可以參考Introduction to BLE，Making the most out of BLE Advertising mode。
beacon設備如何使用BLE
Beacon設備只使用了廣告通信信道。正如beacon（信標、燈塔）的字面意思，這種設備以一定的時間間隔發(fā)送數(shù)據(jù)包，并且發(fā)送的數(shù)據(jù)被可以被像手機這樣的設備獲取。也就是說，iBeacon只是BLE廣告模式的一種簡單的使用，并在此基礎上提供了對IOS的一些附加支持。
如果你試著攔截一段iBeacon廣告數(shù)據(jù)包，例如下面從Estimote beacon截獲的數(shù)據(jù)包：
?。踦lain］ view plaincopy02 01 06 1A FF 4C 00 02 15 B9 40 7F 30 F5 F8 46 6E AF F9 25 55 6B 57 FE 6D 00 49 00 0A C5
（截獲以上數(shù)據(jù)，如果你使用的Mac設備，你可以參考additional XCode download為XCode添加藍牙掃描和數(shù)據(jù)包打印工具。如果是Window設備，請參考這里）
以上的數(shù)據(jù)已經(jīng)將廣告數(shù)據(jù)包的報頭、修正地址、廣告PDU數(shù)據(jù)包的報頭和其中的MAC地址部分都移除掉了，也就是說這部分數(shù)據(jù)只包含了實際信息數(shù)據(jù)——一共30個字節(jié)，符合實際信息數(shù)據(jù)最多31個字節(jié)的限制。
那么一個iBeacon設備的BLE廣告數(shù)據(jù)是如何組成的？以下是Apple修正的數(shù)據(jù)格式，整理如下（也可以參考這里）：
?。踦lain］ view plaincopy02 01 06 1A FF 4C 00 02 15： iBeacon prefix （fixed）
B9 40 7F 30 F5 F8 46 6E AF F9 25 55 6B 57 FE 6D： proximity UUID （here： Estimote’s fixed UUID）
00 49： major
00 0A： minor
C5： 2’s complement of measured TX power
根據(jù)這些原理，如果你想要實驗beacon的功能，你不必需要一個真正的beacon設備。如果你有最新的手機（例如iPhone4S+，SG3+）或者配備藍牙4的筆記本（例如Retina MacBook），你可以將這些設備轉(zhuǎn)換成iBeacon發(fā)送設備和接收設備。以iPhone為例，你可以在AppStore上下載“Locate iB”應用。對于MacOS，可以參考這里。當然你可以可以使用樹莓派。
Breaking down the iBeacon format（解析iBeacon的數(shù)據(jù)格式）
除了修正的iBeacon前綴數(shù)據(jù)（02 01 。。。 15），其它各部分數(shù)據(jù)各代表什么？
Proximity UUID（上面例子中的B9 。。。 6D部分）：這是將你所有的beacon與其他人的beacon設備區(qū)別開的id！例如，目前在商店里某個區(qū)域分布著多個beacon形成一條“鏈帶”，用于為顧客提供特定的服務，那么歸屬于同一條“鏈帶”的beacon將分配到相同的proximity UUID。為這條“鏈帶”設計的專用應用程序?qū)诤笈_使用這個UUID掃描到這條“鏈帶”中的beacon設備。
major編號（2個字節(jié)，上面例子中為0x0049，也就是73）：用于將相關的beacon標識為一組。例如，一個商店中的所有beacon將會分配到相同的major編號。通過這種方式，應用程序就能夠知道顧客位于哪一家商店。
minor標號（也是2個字節(jié)，上面例子中為0x000A，也就是10）：用于標識特定的beacon設備。例如一個商店中的每一個beacon設備都擁有唯一的minor編號，這樣你才能夠知道顧客位于商店中的哪個位置。
Measuring distance（測量距離）
最后一個值，TX power，用于確定你和beacon之間距離有多近。根據(jù)這個值不但可以獲得粗略的信息（比如靠近/遠離/不在范圍內(nèi)等），也可以獲取精確到米的距離（當然你也可以轉(zhuǎn)換為以步為單位的距離）。那么如何實現(xiàn)？
TX power（上面例子中為0xC5=197，根據(jù)2的補碼測得256-197=-59dBm）是距離設備1米測得的信號強度值（RSSI- Received Signal Strength Indication，接收到的信號強弱指標）。假如接收到的信號強度減弱了，那么我們可能在遠離。只要知道1米距離的RSSI，以及當前的RSSI（我們可以從接收到的信號中一塊獲取到這些信息），那么計算出當前的距離是可能的。IOS已經(jīng)實現(xiàn)了個這個功能，對于其它平臺需要自己手動編碼計算，可以參考這里。
譯注：Java代碼粗略計算距離代碼：
?。踛ava］ view plaincopyprotected static double calculateAccuracy（int txPower， double rssi） {
if （rssi == 0） {
return -1.0; // if we cannot determine accuracy， return -1.
}
double ratio = rssi*1.0/txPower;
if （ratio 《 1.0） {
return Math.pow（ratio，10）;
}
else {
double accuracy = （0.89976）*Math.pow（ratio，7.7095） + 0.111;
return accuracy;
}
}
然而，在實際應用中，由于人體或者其它通信阻礙物都有可能削弱信號，因此這個距離只是一個估算值。
IOS integration（IOS整合）
IOS已經(jīng)整合了iBeacon。當你進入beacon的范圍內(nèi)，你的應用程序就可以接收到通知，即使你的應用程序處于在后臺也能接收到。一個應用程序可以注冊一個區(qū)域的進入或者退出事件，因此即使應用程序沒有運行也可以被喚醒。為了響應這些事件，應用程序可以發(fā)送例如本地推送通知，提示用戶打開應用程序查看商店的促銷廣告（這些促銷廣告可以從網(wǎng)絡上面獲?。蛘呤瞧渌嚓P的內(nèi)容。
更準確的說，當手機處于不活動狀態(tài)時，也就是IOS進入了低電量監(jiān)控模式的時候，只有iBeacon區(qū)域進入/退出事件能夠被接收到。當手機和應用程序處于活動狀態(tài)，你可以進入ranging模式，這個能夠讓你檢測的信號強度和估算距離更加準確。
注意你的手機檢測beacon需要花費一定的時間。首先，beacon設備是間隔一定的時間才發(fā)送一次廣告。其次，如果你的手機處于非活動模式，它只在有些時候才會檢測藍牙信號。一個beacon設備要被檢測到，上面兩段工作時間就需要有交集。實踐證明，它可能需要15分鐘才能檢測到一個beacon設備。
按步驟開發(fā)一個iOS iBeacon應用程序可以參考這里。Beacon的制造商通常也會提供SDK幫助開發(fā)Beacon應用程序。參考Estimote的iOS SDK 和Android SDK。
How can I get some beacons？（如何獲取Beacon設備）
Beacon設備資源現(xiàn)在比較稀少，你通常需要等上幾個星期才能拿到貨，但可以肯定的是將來這種情況會改善。
因此，最快的選擇就是創(chuàng)建一個Beacon模擬器：將iPhone/Android/MacBook/其它筆記本/樹莓派轉(zhuǎn)換成了Beacon模擬器。
第二種選擇就是試著去訂購一些Beacon設備了：
pre-order Estimote beacons; 3 for $99
Kontakt beacons come in a couple of packages; 4 for $99， 10 for $279
RaspberryPi kits from RadiusNetworks： 1 for $99
RedBearLab offers BLE shields for Arduino for $30
Bleu sells USB-iBeacon dongles. 1 for $40， 5 for $150
Alternatives（替代品）
iBeacon不是唯一一種基于BLE近距離技術開發(fā)的設備。高通同樣正在開發(fā)自己的Beacon——Gimbal，并集合了iOS和Android SDK。它們提供的功能比較類似，但是BLE廣告的數(shù)據(jù)格式可能不一樣。我的開發(fā)工具還在運送途中，因此我還沒有測試過，但是這種Beacon肯定很有趣，尤其是它的價格最低只有5美元。
下一步是什么？
現(xiàn)在還沒有做的事情就是開發(fā)一些基于Beacon的應用程序。為了實現(xiàn)這個目的，記住SoftwareMill：我們經(jīng)常尋找一些有趣的項目來開發(fā)。
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