✈️ 😆 ✂️ iBeaconに基づく屋内ジオロケーション。アルバメリディアンソリューション 👨‍👧 🎻 🙌🏼

BLEビーコンが市場に登場した時点での屋内ジオロケーションは、ここを含め、Habréで多くの注目を集めました。非常に多くの優れた記事が執筆されています（定期的に参照する資料）が、実際の経験の蓄積と落とし穴の発見により、この技術への関心はやや低下しています。 BLEビーコンを使用する際の一般的な問題（[ 4 ]を参照）は、BLEナビゲーションを効果的に使用するには、ビーコンと高品質の記述ソフトウェアの両方を含む包括的なソリューションが必要であることを示しました。この記事では、ネットワーク機器の有名なベンダーによるこのようなソリューションの例を分析します。興味のある読者を猫に招待します。

アルバメリディアンのソリューションは約2年前に登場しました（[ 3 ]を参照）が、国内市場での積極的なプロモーションは比較的最近開始されました。このオプションは、主にクラウド内の単一の制御プラットフォームMeridian Editorでのビーコン、マップ、およびスマートフォンアプリケーションの統合により、BLEナビゲーションの他の多くのソリューションとは異なります（詳細については[ 3 ]を参照）。さらに、アプリケーション開発は最大限に簡素化され、SDKを使用せずにWebエディターに実装できます（アプリケーションのカスタマイズに特別な要件がない場合）。最後に、ビーコンとArubaのWi-Fiの相互作用が可能です（アクセスポイントにBLEモジュールがある場合）。上記のすべてにより、完全なテストを実施するためのデモキット（評価キット）の注文が可能になりました。

図 1.ビーコンAruba Beacons LS-BT-20の外観。

デモキットは、5つのビーコン（図1を参照、USBデバイスはビーコンの一部ではありません）と、90日間Meridianクラウドにアクセスするためのライセンスを備えた小さな箱です。ソリューションのテストは、アルバスペシャリスト向けのルームマップの提供から始まりました。マップを独自にクラウドに直接ダウンロードすることは不可能であり、ベンダーのスペシャリストによる事前処理が必要です。建物の各階には、個別のライセンスの対象となる独自のカードが必要であることに注意することが重要です。

処理済みのフロアマップをクラウドにアップロードした後、ビーコンの構成が変わります。そして、ここで大きな余談をして、BLEナビゲーションについてお話したいと思います。尊敬される聴衆の一部は、少なくとも一般的な用語で、おそらくBLEナビゲーションがどのように機能するかを表していますが、それをよく知らない人をインターネットの旅に送りたくはありません。したがって、私たちは技術的に歴史的な遠足を行います。

BLE-Bluetooth Low Energy規格は、Wibreeという一般名での多くの開発がBluetooth規格バージョン4.0のコア仕様に統合された2010年の夏に登場しました。 BLE 4.0が市場に最初に大規模に登場したのは、2011年のIPhone 4Sの発売であり、2012年以降、そのサポートは急速に一般的に受け入れられています。 BLE標準をサポートするデバイスは、接続モードと広告モード[ 6 ]の2つのモードで動作できます。接続モードはポイントツーポイント接続であり、広告モードは汎用アクセスプロファイル（GAP）を使用して、いわゆる広告パケット。形式は以下に示します。 BLEビーコンは、通常、広告モードで動作します。

図2. BLEアドバタイジングパケットフォーマット。

純粋な形式では、BLEアドバタイジングパケットは使用されず、標準（疑似標準）のさまざまな実装を構築するための基盤として機能します。現在、3つの最も一般的な実装[ 5、7 ]があります。

iBeacon-最初の擬似標準は、単純な構造を持つ1つのタイプの広告パケットのみを定義します。 Appleによって2013年に開発され、完全に制御され、iOSでネイティブにサポートされています。
AltBeacon-Radius Networksコンソーシアムによって開発されました。当初から、オープンで誰もがアクセスでき、あらゆるデバイス標準と互換性があると位置付けられてきました。機能的にはiBeaconに似ています。
Googleが開発したEddystoneは、クロスプラットフォームのオープンソース標準として位置付けられています。 AndroidデバイスとiOSデバイスの両方でサポートされています。他の疑似標準とは異なり、いくつかのタイプの広告パケットを定義します。

次に、Arubaのソリューションで使用されるのはiBeaconであるため、これに興味があります。同時に、ベンダーの立場は、MeridianソリューションはiBeaconの実装ですが、他のメーカーのiBeacon互換デバイスと相互作用しないということです。すでに上で述べたように、iBeaconは次の形式を持つ唯一のタイプの広告パケットを定義します（図3を参照）[ 6 ]。

図3. iBeaconフレームの構造。

このフレームでは、4つのフィールドが最も興味深いものです。

UUIDは、ビーコンのグループの一意の識別子です。メーカーによって設定されます。
メジャー番号は、ビーコンのいくつかのグループ（サブネット）を定義します。
マイナー番号は、グループ内の特定のビーコンを識別します。
TX Powerは、デバイスから1メートルの距離での信号強度を示します。このフィールドの値は、製造中に設定され、ビーコンが設定されるときに調整されます。

これら4つのフィールドの内容は、ソリューションのソフトウェア部分によって直接使用されます。 Bluetoothリスニングアプリケーションは、フレームを受信し、UUIDとメジャー/マイナー番号を読み取り、クラウドデータベースにアクセスして、指定された値に関連付けられたビーコンに関する情報を検索します。 [TX Power]フィールドの値は、受信したBluetooth信号の測定された電力値と比較されます。これにより、ビーコンからスマートフォンまでのおおよその距離を判断できます。

Arubaビーコンの初期設定は、iOSでのみ利用可能な特別なビーコンアプリを使用して行われます（iBeaconの使用コスト）。ビーコンを「ウェイクアップ」し、適切な場所に物理的に配置してから、アプリケーションのマップ上の特定のポイントにアタッチする必要があります。 UUIDはメーカーによって設定され、メジャー/マイナー番号は構成中に設定され、TX電力はビーコンの動作モードに依存します。

Arubaビーコンは、ナビゲーションモード（Blue Dot）と通知送信モード（Proximity）の両方で機能します。ビーコンの観点からは、動作モードの変更はTX Powerにのみ影響します。ナビゲーションモードでは、メーカーが設定したレベルのままになります（測定結果は以下に表示されます）。通知モードでは、電力を調整できるため、通知を受信する最大半径を調整できます。

図 4.インターフェイス設定ビーコン。 ナビゲーションモードと通知モード。

ビーコンを設定した結果は、UUID、メジャー/マイナー番号を部屋の地図、その座標、およびビーコンのモードに接続して、Meridianクラウドデータベースに記録されます。

5つのデモキットビーコンすべてをナビゲーションモードに設定し、目印をマップに配置した後、同じMeridian Editorでスマートフォンアプリケーションをアセンブルし、ダウンロードするためのリンクを生成する必要がありました。これには30分もかかりませんでした。最初のテストデバイスはIPhone 4SとIPhone 6Sで、ナビゲーションは問題なく動作しました。スマートフォンの後に地図に沿ってポイントが移動し、ルートが構築されました。一般に、決定はそれが期待したとおりになりました。

図 5. Blue Dotナビゲーションモードとルート構築の例。

Androidデバイスでソリューションをテストします。 Sony Z1 Compact、Samsung Galaxy S8、Xiaomi Mi 4c、Digma Optimaが使用されました-さまざまな価格帯、年齢、機能のデバイス。結果はまったく予想外でした。ナビゲーションの品質は両方のモデルのiPhoneに比べて悪化しましたが、モデルごとに異なりますが、新しいデバイスの方が優れていました。当時、私たちはビーコンのニュアンスを掘り下げておらず、このソリューションでiBeaconが使用されていることをまだ知らなかったことに注意してください。より深く掘り下げたのは、使用するモバイルデバイスに対するナビゲーションの品質の依存性でした。

Z1 CompactとIPhone 4Sで一連のテストを実施して、デバイスがビーコンと非常に異なる方法で対話する理由を見つけるためのアイデアが浮上しました。まず、受信したBluetooth信号の電力を測定しました。表1は、いずれかのオフィスの場所の測定結果を示しています。他の場所でも同様のデータが得られました。デバイスは物理信号を等しく効率的に受信しました。

表1.デバイスの信号が受信した電力の測定結果。

問題が物理的なレベルに関連していないことが明らかになりました。 Androidデバイスは受信した信号をまったく正しくデコードしないという仮定がありました。したがって、BluetoothブロードキャストをスキャンするためのサードパーティアプリケーションであるBeacon ScannerとnRF Connectがインストールされました。それらの使用の結果は図に示されています。図6に示すとおり、原則として、デバイスはiBeaconプロトコルを完全にデコードできるだけでなく、ビーコンまでの距離を正確に決定できます。

図 6.アプリケーションで受信したBLE信号をデコードした結果

BluetoothスキャナーとnRF Connect。

他の有用なことを学ぶために、Wiresharkのビーコンを使用したスマートフォンの信号交換経路を調査しました（図7）。残念ながら、これは追加情報を提供しませんでした。

図 7.ビーコンを使用した信号交換Sony Z1 Compactのトレース。

WiresharkはiBeaconプロトコルをデコードできることが判明しましたが、現在はメジャー/マイナー番号を正しく判断しておらず、フレームフィールドの境界が誤って設定されているために、UUIDが上位の桁で2桁の増加を受け取りました。おそらく、Wiresharkの微調整の経験があるコミュニティのメンバーが、結果を調整する方法を教えてくれるでしょう。

一連のテストにより、現時点ではiOSとAndroid OSを搭載したデバイスでのナビゲーションの品質の違いの問題は、主にソフトウェアの面とAndroidのiBeaconプロトコルのサポートの微妙な違いにあると確信しました。アルバの公式コミュニティも同様の結論に達しました。

メリディアン使用時の三角測量はデバイス上で直接行われる[ 8 ]ため、メリディアンソフトウェアとBluetoothアダプターのドライバーの両方に大きく依存します。これらのコンポーネントの少なくとも1つ、またはそれらの相互作用に問題があると、特定のデバイスのナビゲーションの品質が大幅に低下します。

アルバビーコンの「内部を掘る」ことで読者を飽きさせないことを願っています。一般に、この決定は私たちに良い印象を残し、面白い瞬間もたくさん与えたことに注意してください。私は特に、オフィスマップ上のマークの配置と、 "Do not fit、kill！"から部署の1つのメインルームの花への配電盤からのルーティングを思い出しました。

Meridian Editorの統計収集機能は非常に興味深いことが判明しました。プライバシーポリシーによると、ソリューションはユーザーの座標を収集してクラウドに転送することはできませんが、最も頻繁にルーティングされるルート、ブランド、およびユーザーデバイスのOSを記憶しています。

SDKを使用したアプリケーションのカスタマイズや、Meridianナビゲーションソフトウェア要素のサードパーティアプリケーションへの統合は、詳細なテストに値しますが、これには資格のあるプログラマー（謙虚なネットワークサービスマン）の接続が必要であり、実装する場合は別の記事の価値があります。

すべての読者の関心に感謝します。興味深い質問、提案、紛争の形でコメントにフィードバックをお願いします。

参照資料

iBeaconに基づく屋内ジオロケーション。 アルバメリディアンソリューション

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