实战项目（1）beacon信标

1 前提

1.1介绍

2014年，许多组织开始着力开发蓝牙beacon试点项目，到2015年，已经有许多公司开始尝试利用部署好的蓝牙beacon探索新的服务模式。据市场研究机构(ABI Research)预测，预计到2019年，beacon将有6千万的市场占有量。
在大多数应用场景中，蓝牙beacon主要用于室内定位。不论在商场，机场，办公室，还是博物馆，都可以利用这些位置信息来提供服务。在这些案例中，通过将蓝牙beacon安装在特定位置，然后利用智能手机上的APP与之交互，就可以达到定位的效果。有趣的是，目前市场上还出现了一种新的beacon应用，它们并不需要安装在固定位置。未来我们还会看到更多涉及移动可穿戴beeacon的解决方案，例如Lighthouse，这是一种可穿戴beacon设备，可以用来定位有特殊需要的学生，并确保他们的安全。
蓝牙beacon使用了蓝牙BLE技术，是蓝牙BLE的诸多应用之一。

1.2 开发过的beacon产品

2 广播格式

只需要在广播内容的Data段填写”Company ID、Data type、Data length、UUID、Major、Minor、Measured power at 1 meter”内容，则可是现实ibeacon。

beacon广播数据包：

2.1 苹果公司beacon格式

uint8_t ibeacon_infor[23] =            /**< Information advertised by the Beacon. */
{0x02,    0x15, 0xE2,0xC5,0x6D,0xB5,0xDF,0xFB,0x48,0xD2,0xB0,0x60,0xD0,0xF5,0xA7,0x10,0x96,0xE0, // uuid0X00,0x00,       // major0x00,0x00,       // mainor0xC3            // rssi
};

在ble广播中广播体现

**第一行数据同上，不再分析，重点分析第二行（也就是广播数据部分）
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
02 表示接下来的数据有两个字节
01 表示数据类型，此处的类型是Flags
06 表示Flags的具体模式
1a 表示接下来的数据有26个字节
ff 表示数据类型，此处是厂家特定字(Manufacturer specific)
4c 00 表示公司的ID，此处的004c代表苹果公司
02 代表beacon标识位
15 表示接下来有22个字节的数据
0xE2,0xC5,0x6D,0xB5,0xDF,0xFB,0x48,0xD2,0xB0,0x60,0xD0,0xF5,0xA7,0x10,0x96,0xE0　表示beacon UUID
27 11　是major的值，2711转化为10进制是10001
4c b9　是minor的值，4cb9转化为10进制是19641
c5 是txPower的补码，计算可知原码是-59**

在app中显示如下：

在上图中，0x004C为苹果公司的ID。0x02指明该设备为“proximity beacon”，该值在iBeacon设备中均为0x02。UUID指明拥有该beacon设备的机构。主次字段用来编码位置信息，通常主字段指明某个建筑，而次字段指明在这栋建筑中的特定位置。例如“伦敦中心商场，运动产品区”。发送功率字段帮助应用进行距离估算。有关iBeacon的详细内容可以参考地址

2.2 AltBeacon帧格式

AltBeacon帧格式与iBeacon类似，如下图所示，更多详细内容可以访问地址：

3 应用

iBeacon和AltBeacon不直接向外发送位置信息。应用需要以某种方式将UUID/Major/Minor (iBeacon) 或UUID/Beacon Code (AltBeacon)映射到本地数据。为此我们可以使用多种方式，最简单的几种方式是：

3.1 信息标识

《1》查找手机本地数据库；
《2》查找远程服务器数据库；
《3》参考本地数据库同时在网络条件适宜时与远程数据库进行同步。

3.2 距离估算

估算用户与某个beacon设备距离的标准方法是计算该beacon设备的信号强度，然后进行路径损耗计算。信号强度称为RSSI，即接收信号强度标识。利用RSSI以及广播包中的Tx功率值进行路径损耗计算，并给出距离beacon设备一米的信号强度值。维基百科对此计算过程给出了更详细解释
地址。
上述方法只能对距离进行粗略的估计，因为环境条件对距离计算有显著影响。如果需要更精确的距离计算可以使用射频指纹技术。这种方法将位置与射频信号特征相结合，从而获取更好的测量结果。国际计算机研究中心对此给出了相关介绍[Radio Fingerprinting]

3.3扫描

Beacon应用会进行周期性地扫描并进行过滤，从而获取感兴趣的设备信息。扫描过程功耗较高，因此开发者需要避免进行长时间的扫描。扫描过程主要涉及两个不同的参数配置。“扫描窗口”指明每次扫描持续时间，“扫描间隔”即为两次扫描间的时间。不同的平台对此提供的API不同，但都可以概括为这两种。
为了确定以上两个参数的大小，我们需要考虑beacon设备的广播间隔。如果beacon设备2000毫秒广播一次，那么每100毫秒进行一次持续500毫秒的扫描是没有意义的。因为有时beacon设备并没有发送广播，此时进行扫描当然就白白浪费了。需要注意的一点是，从蓝牙4.2开始，蓝牙广播就不再是确定的了，将会加入随机延时以避免持续冲撞，因此开发者需要采用合适的方法同步扫描与广播时序
每次应用扫描的时候都会检测到0至多个beacon设备，应用可能会连续多次扫描到同一个设备，因为用户要走出某一特定beacon设备的范围，所花的时间要比广播间隔长得多，广播间隔往往只有几百毫秒。
当到达某一位置时，某个beacon设备会消失在搜索结果中，此时你的应用需要对此作出响应。应用可以认为用户已经走出该beacon设备的覆盖范围，但是这样可能会出错。因为扫描不到某个beacon设备可能有多个原因，几次扫描不到也并不意味着下次也扫描不到。也可能用户走到某个障碍物后面导致信号衰减较大，从而扫描不到设备。当用户走出障碍物附近时就可以再次接收到beacon设备信号。简言之，用户会一直在beacon设备附近，即使短时间内收不到广播数据包。
应用需要维护一个活动beacon列表，保存接近用户的beacon设备。应用可以选择在最近一次扫描不到设备时就将其移除活动列表或者在连续多次扫描不到设备时才将其移除，又或者在扫描不到设备一段时间后将其移除。上述方法可以获得更好的用户体验
参考文献：
参考地址

可以加入QQ群：687360507
与大伙沟通交流，技术在于分享而进步