📸 👵🏿 🕎 インドアナビゲーション：優れたiBeaconハードウェアレビュー 👩🏾‍🔬 🔧 🐦

iBeaconテクノロジで動作するビーコンの大まかな概要の翻訳を準備しました。これは、Navigineプロジェクト（屋内ナビゲーションシステム）でも使用されています。 Navigineでは、屋内ナビゲーションにさまざまな技術ソリューションを使用していますが、iBeaconは消費者セクターで最も有名で人気のあるものの1つです。したがって、それから話を始めます。

このレビューでは、Estimote、Kontakt、Gimbalなど、さまざまなメーカーの26のiBeaconビーコンを取り上げます。過去9か月間、さまざまな条件でビーコンをテストし、ビーコンに関するすべてを見つけようとしました。これは、このトピックに関する最も包括的なレビューであり、すべての主要なビーコンメーカーが評価されています。

エントリー

AppleのiBeaconテクノロジーは、限られたスペースでスマートフォンが位置を特定するのに役立ちます。 BLEプロトコル標準（ Bluetooth Low Energy ）に基づいており、AndroidおよびiOSプラットフォーム上のすべての主要な携帯電話でサポートされています。

iBeaconは、Bluetooth信号を送信する小型のバッテリー駆動デバイスです。 iBeacon（または単にビーコン）は繰り返し、毎秒信号を送信します。信号は半径数メートル以内の電話で受信できます。電話機は、近くのビーコンからの信号に基づいて正確に位置を特定できます。電話が船であり、iBeaconが岩の上に取り付けられた灯台であると想像してください。灯台の光を見ている船は、海岸に対する位置を特定できます。

GPSとは異なり、ビーコンは屋内ナビゲーションに使用できます。この技術には多くの用途があります-屋内ナビゲーション、ジオコンテキスト広告（サービス）、クライアントの販売、個別の支援。ビーコンはBLE標準を使用しているため、AndroidとiOSの両方に基づいたデバイスでも同様に機能します。

プロトコルの名前として[低エネルギー]は低エネルギー消費の標準です。以前、iPhoneとAndroidスマートフォンのバッテリー電力に対するビーコンの影響を調査しました。判明したように、近くのビーコンでの作業は、バッテリー充電の1％以上を費やすべきではありません。このレビューでは、ビーコン自体のバッテリー寿命を調べます。

ビーコンはそれほど昔から人気が出始めていませんでしたが、今では無数の店舗に設置されています。ほとんどのビーコンはバッテリー駆動です。このレビューでは、市場で入手可能なさまざまなビーコンを完全に比較します。さまざまな形状とサイズがあり、さまざまなチップセット、ファームウェア、バッテリーサイズがあります。過去9か月間、さまざまなメーカーの26台のデバイスをテストしました。前回のレビューでは、電話機のバッテリー電力に対するiBeaconの効果を比較しました。これでは、ビーコン自体をさまざまなパラメーターで比較します。

エネルギー消費は、非常に重要な側面です。特に、大きな産業室にビーコンを設置する場合はそうです。それらが多数ある場合、バッテリーの充電レベルを監視する（交換する）ことは非常に困難になります。このため、ビーコンには大容量のバッテリーが必要です。

受賞者：

ビーコンとは

ビーコンは、バッテリー駆動の小型デバイスです。 Bluetooth信号をブロードキャストします。信号はスマートフォンで受信され、インターネット経由でクラウドサーバーに送信されます。クラウドサーバーは情報を処理し、さらに分析を実行して、スマートフォンの位置に応じてモバイルアプリケーションの動作を制御します。

ビーコンは、4つの主要コンポーネントで構成されています。

ビーコンハードウェア

ハードウェアは、Bluetooth無線チップとバッテリーを備えたマイクロコントローラーで構成されています。新しい無線チップはBLEプロトコルでの使用に最適化されていますが、古い無線チップは従来のBluetoothのみをサポートしています。ビーコンで使用される無線チップは、主に2つの会社（Texas InstrumentsとNordic Semiconductor）によって製造されています。 BlueGigaとGimbalは、Texas Instruments（TI）の無線チップを使用しますが、独自のファームウェアを使用します。

ほとんどのビーコンには、平らで丸いタイプの「タブレット」バッテリーがあります。これらはリチウムイオン電池で、サイズにかかわらず最大1000 mAhの容量を提供します。最も一般的なバッテリーの定格は、240 mAh（CR2032、小）、620 mAh（CR2450、中型）、および1000 mAh（CR2477、大）です。同様の電池は、キーチェーンやデジタル時計でよく使用されます。

一部のビーコンには単三アルカリ電池が搭載されており、これはデジタルカメラやテレビのリモコンによく見られます。標準の単三電池の容量は2000 mAhに達しますが、そのサイズはフラットバッテリーのサイズよりも大きくなっています。

一部のビーコンは外部電源に接続されています。これらは、壁のコンセントまたはUSBポートのいずれかに接続できます。そのようなビーコンは、バッテリーの交換を必要とせず、特定の状況では、それらの使用は経済的に正当化される場合があります。ただし、ビーコンが設置されている場所に電力を供給することは必ずしも容易ではありません-追加の配線が必要になる場合があります。このレビューでは、バッテリー駆動のビーコンのみを検討します。

点滅ビーコン

各ビーコンには独自のファームウェアがあります。これは、ハードウェアの動作を制御するプログラムコード（ロジック）です。ファームウェアは、バッテリー寿命に影響するいくつかのパラメーターを制御できます。

送信電力（Tx） -ビーコンは特定の電力の信号を送信します。送信信号は、ソースからの距離とともに弱まります。高い送信電力は、信号が長距離を移動できることを意味します。低送信電力は低消費電力を意味しますが、信号は遠くまで伝搬しません。

ポーリング間隔は、iBeaconが信号を生成する頻度です。 100ミリ秒の間隔は、信号が100ミリ秒ごとに伝搬することを意味します（1秒間に10回）。 500ミリ秒に等しいポーリング間隔のより大きな値は、信号が1秒間に2回だけブロードキャストされることを意味します-バッテリーの充電が少なくなります。ポーリング間隔を長くすると、バッテリーの寿命は長くなりますが、電話の応答時間は短くなります。ポーリング間隔に最適な値はありません。低レイテンシが必要な場合、ポーリング間隔はできるだけ短く選択する必要があり、バッテリー寿命をできるだけ長くする必要がある場合は選択する必要があります。

AppleのiBeaconプロトコルの公式仕様では、ポーリング間隔は100ミリ秒ですが、ほとんどのビーコンプロバイダーは他の標準を順守しながらその値を上方に変更します。このようなデバイスは、引き続きiBeaconと呼ばれます。ほとんどの場合、100ミリ秒を超えるポーリング間隔は、優れたユーザーエクスペリエンスを提供するには十分です。

各ビーコンには、ハードウェア操作パラメーター（送信電力とポーリング間隔）を設定する独自の方法があります。 Kontakt、Estimote、RadBeacon、BlueSense Networksなどのビーコンは、独自のiPhoneアプリを使用して設定を構成します。 Minewなどの一部のビーコンは、GATTクライアント（たとえば、iPhone LightBlue用アプリケーションまたはLinux上のgattool）を介してオープンインターフェイスを提供します。 GATTクライアントの主な利点は、すべてのビーコンを同時に設定できることです。

一部の製造元（たとえば、ジンバル）のビーコンは、AppleのiBeaconプロトコルで説明されていない独自の動作モードをさらにサポートしています。このレビューでは、標準で説明されている動作モードのみを対象とします。

送信電力とポーリング間隔のさまざまな値を比較し、これが何をもたらすかを調べました。通常、ビーコンの送信電力は-12 dBmであり、ポーリング周波数は350ミリ秒から900ミリ秒の範囲で変化します。ビーコンの範囲の送信電力への依存性（直接的な可視性の条件で）を以下の図に示します。

クラウドビーコンインフラストラクチャ

ビーコンは、スマートフォンが位置を特定するのに役立つBluetooth信号をブロードキャストしますが、この信号はそれ自体では何も意味しません。ここではインテリジェントなバックエンドサービスが必要です。通常、クラウドアプリケーションは受信したすべての信号を解析して決定を下します。つまり、すべての操作を制御する脳のように機能します。

このレビューでは、クラウドサービスプロバイダーを比較せず、ビーコンハードウェアのみに焦点を当てます。

開発者パッケージ

アプリケーションは、スマートフォンの地理的位置に応じて動作するために、ビーコンおよびクラウドサーバーと通信できる必要があります。このレビューでは、開発に使用されるソフトウェアパッケージの種類に寿命が依存しないビーコン電池を検討します。

方法論

各バッテリーの寿命を正確に測定するために、私たちはビーコンを実験室に置き、さまざまな設定を行い、過去3〜9か月にわたってそれらをテストしました。この間ずっと、バッテリーレベルを定期的に測定しました（最初は100％充電）。また、消費電流（ミリアンペア）も測定しました。

送信電力とポーリング間隔のさまざまな設定を試しました。各ビーコンにはこれらのパラメータの独自の標準値があるため、同等の条件を作成するには、送信電力を-12 dBmに設定し、ポーリング間隔645ミリ秒が最適なビーコン設定です。

多くのビーコンのバッテリーは9か月以上持続したため、消費された電流量に基づいてバッテリー寿命を推定しました。これを行うために、バッテリー容量（たとえば、620 mAh）を消費電流で割って、おおよそのバッテリー放電時間を求めました。

このアプローチは、バッテリーが理想的であり、消費電流が一定であることを意味しますが、リチウムイオンバッテリーはこれらの条件を満たしていません。実際には、バッテリーの性能は多くの要因に依存します。さまざまなビーコンにはさまざまなバッテリー（良いものと悪いものの両方）が付属しているため、正確な時間を予測することは不可能です。バッテリーの寿命を反映する数値は、理論上の最大値と見なされる必要があります。

バッテリー寿命の標準化：上記の方法論を使用して、最適な設定で各ビーコンのバッテリー寿命を計算しました。これがバッテリー寿命の標準化方法です。これにより、ビーコンを直接比較することができます。

以下は私たちの研究室の写真です。いくつかのビーコンとテストスマートフォンがあります。

チップセット

4つのチップセット-Texas Instruments TI CC254x 、 Nordic Semiconductor nRF51822 、 Bluegiga BLE112 / BLE113 、およびGimbalのコントローラーに焦点を当てました。市場には他のチップセットもありますが、これは市場の95％を占めています（執筆時点では[2015年5月4日-約Trans。]）。

各チップセットでバッテリー消費を慎重に測定しました。 TI、Nordic、Bluegigaのチップセットは、送信電力とポーリング間隔のさまざまな設定をサポートしています。ジンバルは、Bluetooth MACをランダム化するオプションも提供します（この機能はバッテリーを消耗します）。ジンバルビーコンは限られた構成セットをサポートし、ポーリング間隔は任意の制限内で変更できません。

各チップセットについて、最適なビーコン設定でのバッテリ寿命を計算しました。ポーリング間隔645ミリ秒、送信電力-12dBm（15メートル）、小型CR2032バッテリです。ジンバルは、ポーリング間隔を独立して100ミリ秒に設定するため、このチップセットに指定された値を他の読み取り値と直接比較することはできません。

4つのチップセットの中で最も人気があるのはTIとNordicです。 TIチップセットは2009年に、北欧では2012年に登場しました。この点で、北欧のチップセットはビーコンを使用するためにより最適化されることが予想されます。ジンバルチップセットはさらにビーコンモードを提供しますが、ここではiBeacon規格のみを考慮しています。これらのチップセットには、近い将来、より新しい無線送信機が搭載される予定です。

ビーコンサプライヤー

IBKS 102ビーコンは、スペインの企業であるAccent Systemsによって開発されました。 TIチップセットが付属し、1000 mAhのバッテリー（CR2477）で駆動します。技術仕様はメーカーのウェブサイトで入手できます。

AprilBeacon 241ビーコンは、中国の会社April Brotherによって開発されました。 TIチップセットが付属し、620 mAhのバッテリー（CR2450）で駆動します。 AAAバッテリーを搭載したより大きなビーコンも利用可能で、これにより32か月間、ビーコンの中断のない動作が保証されます。技術仕様はメーカーのウェブサイトで入手できます。

ナッシュビルに本社を置くBKONは、A1ビーコンを生成します。それらには2つのAAAバッテリーが装備されており、デバイスの長寿命を保証します。 iBeaconの代替であるUriBeaconプロトコルのサポートがあります。技術仕様はメーカーのウェブサイトで入手できます。

Bluecats AAビーコンは2個の単三電池を使用しました。技術仕様はメーカーのウェブサイトで入手できます。

BlueBarビーコンは、英国に本社を置くBlueSense Networksによって設計されています。 Bluegiga BLE113チップセットが付属し、620 mAhのバッテリー（CR2450）で駆動します。技術仕様はメーカーのウェブサイトで入手できます。

EM Microelectronicは、電池式デバイス用の低電力マイクロチップを専門とするスイスの半導体マイクロエレクトロニクス企業です。同社は、マイクロサーキットでEMBC01ビーコンを生成しています。同社の所有者はスイスの時計メーカー、スウォッチグループです。技術仕様はメーカーのウェブサイトで入手できます。

ポーランドの新興企業Estimoteは、ビーコンの最も有名なメーカーの1つです。同社は、滑らかなシリコンケースで製造しています。 Y-Combinatorを卒業し、シリコンバレーから投資家のお金を受け取った後、Estimoteは本社をサンフランシスコに移転しました。これらのビーコンには、Nordic Semiconductor NF51822チップセットが付属しています。以前のレビューの1つで、それぞれ620 mAhの容量のバッテリー（CR2450）を搭載したEstimoteビーコンの最初のバッチをテストしました。 2014年10月以来、同社は容量が1000 mAhのバッテリーを備えた最新のビーコンを製造しています。ビーコンのハードウェアは分離できないケースに隠されているため、屋外や湿度の高い場所に設置できますが、これはバッテリーを放電した後は交換できないことを意味します-新しいデバイスを購入する必要があります。

Estimoteビーコンは、柔軟なシリコンシェル、豊富な色と再利用可能な接着剤ベースにより、市場で最もスタイリッシュなデバイスです。少し前まで、同社は薄いビーコンEstimoteステッカー（厚さわずか3mmですが、バッテリー寿命が短い）を導入しました。 Estimoteは、ファームウェアのアップデートを定期的にリリースして、バッテリー寿命をさらに延ばします。

推定ビーコンは、iPhoneアプリを使用して構成されます。技術仕様はメーカーのウェブサイトで入手できます。

次の表は、ファームウェアバージョン2.2および1000 mAhバッテリーを搭載したEstimoteビーコンバッテリーのバッテリー寿命をまとめたものです。以下の図は理想的なバッテリーの使用を暗示していることに注意してください。これは実際の状況では不可能と思われます。実際の寿命ははるかに短くなります。

比較は月ごと（表の値）

ミシガン州にある会社の耐水性と耐候性の汚れたビーコン。 Geloビーコンの技術仕様は、製造元のWebサイトで入手できます。

Snapdragonプロセッサで最も有名なアメリカの半導体エレクトロニクス企業であるQualcommは、今年初めにビーコン製造部門Gimbalを開設しました。 Qualcommのサポートにより、新会社はいくつかのフォームファクターでビーコンをリリースしました。小さなバッテリーを備えたジンバルシリーズ10と4つの大きな単三電池を備えたジンバルシリーズ21です。

比較は月ごと（表の値）

ジンバルビーコンは、AppleのiBeacon標準と独自の2つの標準をサポートしています。これらは、Bluetoothアドレスを迅速に変更し、なりすましに対する保護を提供する唯一のビーコンです。このような保護のおかげで、攻撃者がビーコンに関する情報を見つけたり、それを複製したりすることは非常に困難です。そのような機能がハードウェアレベルで提供されない場合、デバイス保護はアプリケーション開発者に委ねられます。ジンバルにはスプーフィング防止メカニズムがあるため、これらのビーコンはソフトウェア保護が利用できない場合の優れたソリューションです。

ジンバルは、安定した信号を生成する高品質のビーコンを提供しますが、かさばるケースと短いバッテリー寿命を備えています。他のいくつかのメーカーは、バッテリー寿命が長く、フォームファクターが小さいため、ユーザーがポーリング間隔やその他のパラメーターを自由にカスタマイズできます。

ジンバルビーコンの技術仕様は、メーカーのウェブサイトで入手できます。

以下の表は、ジンバル標準（シリーズ21の推奨モード）およびiBeaconで動作中のシリーズ21ビーコンのバッテリー寿命（月単位）を示しています。バッテリーの寿命は、ポーリング間隔と送信電力によって決まります。

比較は月ごと（表の値）

同名のドイツ企業が開発したビーコングリムワーム。 Texas Instrumentsチップセットと620 mAhバッテリー（CR2450）が付属しています。 Glimwormビーコンの技術仕様は、製造元のWebサイトで入手できます。

HM-10は、iBeaconプロトコルで動作可能なUARTブリッジです。このモジュールは、実験キットとして開発者向けに作成されています。技術仕様

これらのビーコンの開発の背後には、ポーランドの企業Kontakt.ioがあります。 Kontaktは、スペースブラインドや視覚障がい者の方向付けを支援するデバイスを提供する会社として誕生しました。今日、彼らのビーコンは人口のすべてのセグメントを支援しています。

Nordicチップセットが付属し、1000 mAhのバッテリー（CR2477）で駆動します。いくつかのテストの後、製品のアーキテクチャがこのチップセットで完全に機能することがわかりました。これは、比較的低い消費電力で大きな信号伝送距離を実現します。

ビーコンは、Kontaktアプリケーションまたは他のアプリケーション（オープンスタンダードのサポート）を使用して構成できます。簡単なセットアップKontaktは、多数のビーコンのインストールを簡素化します。

技術仕様

次の表は、2つの変数（ポーリング間隔と送信電力）に対するバッテリー寿命（月単位）の依存性を示しています。最大ライフタイムは35.7か月（ポーリング間隔900ミリ秒、信号電力-20 dBm）でした。最も厳しい設定を行うと、バッテリー寿命は4.5か月に短縮されます。

比較は月ごと（表の値）

これらのビーコンは、アメリカの会社KST（KS Technologies）によって開発されました。 KSTは、Particleブランドで機器を販売しています。 Nordicチップセットと240 mAhバッテリー（CR2032）を使用します。

シンプルな設計により、売り手のニーズに合わせてビーコンを簡単にカスタマイズできます。 KSTはOEMライセンスの下で動作し、他社のブランドでサービスを提供し、新しいデバイスをFCC、ICおよびCE証明書で登録しています。

技術仕様

Lightcurbビーコンは、Nordicチップセットに基づいており、適切なバッテリー寿命を提供します。

Minewビーコンは、中国の会社、Shenzhen Minew Technologiesによって開発されました。これらのビーコンにはいくつかの実装があります。 3つのオプションをテストしました。CR2477バッテリーを搭載したMS54V3、2つのCR 2477バッテリーを搭載したi5、2つのAAバッテリーを搭載したMS63 / i3です。もう1つのオプションはMS56ですが、MS54V3と同一であるため、屋外で使用するためのシリコンケースしかありませんので、テストしていません。すべてのビーコンは、同じファームウェアでテキサス・インスツルメンツの同じチップセットを使用します。バッテリーのみが異なります。

次の表は、さまざまな設定でのMS54V3のバッテリ寿命を示しています。 i3およびi5のバッテリー寿命は2倍になります。この表は、送信電力（dBm）とポーリング間隔（ms）に応じた理想的なバッテリー寿命（月単位）を示しています。

比較は月ごと（表の値）

Minewビーコンの技術仕様は、メーカーのWebサイトで入手できます。

この表は、送信電力（dBm）とポーリング間隔（ms）に応じた理想的なバッテリー寿命（月単位）を示しています。テストの時点では、これらのビーコンでは、ポーリング間隔を100ミリ秒に変更できず、Appleが推奨していることに注意してください。ただし、MPactビーコンは、ポーリングレート600ミリ秒でiBeaconモードで使用できるようになり、最大12か月のバッテリー寿命を提供します。

MPactは、ビーコン管理プラットフォームを提供します。同社はWi-Fiアクセスポイントを製造し、MPactの後援の下で、ナビゲーションに関連するすべてのサービスを組み合わせています。 MPactは、Bluetoothソリューションだけでなく数少ない企業の1つであるため、このプラットフォームを大企業ですぐに使用できるものとして選択しました。エンタープライズソリューションを提供する他のベンダーであるMerakiとArubaは、このレビューの将来のバージョンで議論されます。技術仕様

Radius Networksは、RadBeacon Tagブランドを所有するアメリカの企業です。これらのビーコンには、Nordicチップセットと240 mAhバッテリー（CR2032）が付属しています。

CR2032バッテリ駆動バージョンのビーコンをテストしましたが、Radius NetworksはUSB駆動のRadBeacon USBと呼ばれるもう1つのビーコンを提供しています。USB電源により、バッテリーを交換する必要がなくなります。このオプションは大きな部屋に設置するのが難しいことに注意することが重要です-ビーコンが設置されている場所にコンセントを設置する必要があります。