? ? ? ?在萬物智能的時(shí)代，可穿戴設(shè)備產(chǎn)品吸引了廣大消費(fèi)者的眼球，無論是地鐵上白領(lǐng)佩戴的無線藍(lán)牙耳機(jī)，還是商場中的VR體驗(yàn)店的VR設(shè)備，可穿戴設(shè)備市場正在快速增長。

而可穿戴設(shè)備市場的快速增長離不開藍(lán)牙通信技術(shù)的發(fā)展，隨著藍(lán)牙4.0技術(shù)的普及和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的崛起，藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用也從手機(jī)、平板等便攜式設(shè)備向著物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)展，基于藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用方案如雨后春筍般爆發(fā)，為物聯(lián)網(wǎng)市場帶來了新的機(jī)遇。

談及藍(lán)牙，我們會(huì)經(jīng)常聽到BLE、Beacon、iBeacon、Eddytstone等詞匯，而它們之間有何聯(lián)系與區(qū)別呢？下面我們對(duì)藍(lán)牙常見詞匯及應(yīng)用涉及的藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行詳解。

一、藍(lán)牙常見詞匯解釋

BLE：全稱為Bluetooth Low Energy，藍(lán)牙低功耗技術(shù)。

Beacon：基于藍(lán)牙4.0協(xié)議的一種精確定位技術(shù)。

iBeacon：蘋果公司2013年推出的一套遵守Beacon技術(shù)協(xié)議的規(guī)范，需要遵守蘋果公司規(guī)定的數(shù)據(jù)格式。

Eddystone：谷歌公司2015年推出的一款跨平臺(tái)的開源Beacon格式藍(lán)牙協(xié)議。

我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｕf的藍(lán)牙，其實(shí)通常是指BLE，藍(lán)牙低功耗技術(shù)，如名字所示，現(xiàn)在的藍(lán)牙技術(shù)所消耗的功耗很低，并不像傳聞中，不使用藍(lán)牙需要關(guān)閉省電，手機(jī)上長期打開藍(lán)牙所消耗的電量可以忽略不計(jì)。

二、BLE的起源與分類

BLE，也就是低功耗藍(lán)牙技術(shù)，起源于2006年Nokia（諾基亞）的Wibree技術(shù)，該技術(shù)為稱為“小藍(lán)牙”，類似于藍(lán)牙技術(shù)，但是只消耗相當(dāng)于藍(lán)牙技術(shù)一小部分的電池電量。后來該技術(shù)被整合進(jìn)藍(lán)牙，并在SIG 2010年發(fā)布的藍(lán)牙4.0技術(shù)規(guī)范中成為其中一部分。

BLE的協(xié)議棧如下圖所示。BLE是一組與傳統(tǒng)藍(lán)牙不同的協(xié)議，并且對(duì)應(yīng)設(shè)備也未實(shí)現(xiàn)向后兼容功能。因此BLE形成了三種設(shè)備類型：

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1.Bluetooth設(shè)備，稱為藍(lán)牙BR/EDR：只支持傳統(tǒng)藍(lán)牙的設(shè)備，如一些老式設(shè)備，比如舊型手機(jī)等。經(jīng)典藍(lán)牙采用SPP（串行端口配置文件）傳輸數(shù)據(jù)，SPP定義了在兩個(gè)對(duì)等設(shè)備之間使用RFCOMM設(shè)置模擬串行電纜連接所需的藍(lán)牙設(shè)備要求。

2.Bluetooth Smart Ready設(shè)備，稱為藍(lán)牙4.0雙模，同時(shí)支持傳統(tǒng)藍(lán)牙和LE模式的設(shè)備。iOS、Android系統(tǒng)等新型手機(jī)、筆記本、平板電腦支持。因?yàn)殡p?？刂破骷闪薆R/EDR控制器和LE控制器，因此它能夠支持兩種藍(lán)牙協(xié)議。

3.Bluetooth Smart設(shè)備，稱為BLE單模，采用LE controller，只支持LE模式的設(shè)備。Beacon設(shè)備只支持low energy protocols（LE低功耗協(xié)議），因此能靠一顆紐扣電池就能運(yùn)行很長時(shí)間。

BLE（低功耗藍(lán)牙）和傳統(tǒng)藍(lán)牙使用的都是相同的波段（2.4GHz）。但是BLE協(xié)議的傳輸速率比較低，物理層的傳輸速率是1Mbps，相當(dāng)于每秒125KB，BLE不適合用于傳達(dá)大量數(shù)據(jù)，一般用于發(fā)現(xiàn)設(shè)備和完成一些簡單通信。

BLE和傳統(tǒng)藍(lán)牙都能夠覆蓋到100米的范圍，但BLE的覆蓋范圍稍廣。BLE與傳統(tǒng)藍(lán)牙相比，最大的優(yōu)勢(shì)是功耗，BLE的功耗比傳統(tǒng)藍(lán)牙降低了90%，同時(shí)傳輸距離增大、安全和穩(wěn)定性提高，支持AES加密和CRC驗(yàn)證，對(duì)連接設(shè)備進(jìn)行通信的安全性提供了保障。

三、Beacon技術(shù)的特點(diǎn)

Beacon作為基于藍(lán)牙4.0協(xié)議的定位技術(shù)越來越受室內(nèi)定位市場關(guān)注。隨著物聯(lián)網(wǎng)信息化發(fā)展，大數(shù)據(jù)采集處理需求的不斷積累，低功耗低成本的Beacon技術(shù)成為室內(nèi)定位應(yīng)用關(guān)注的焦點(diǎn)，憑借其特點(diǎn)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)定位系統(tǒng)快速落地。

1.無需配對(duì)。

在印象中我們?nèi)粘Ｊ褂盟{(lán)牙設(shè)備都需要配對(duì)工作，比如打開藍(lán)牙無線耳機(jī)和手機(jī)進(jìn)行連接時(shí)就需要匹配，智能手環(huán)綁定手機(jī)時(shí)也同樣需要匹配工作。而Beacon無需配對(duì)，因?yàn)樗遣捎盟{(lán)牙的廣播信道傳送信號(hào)，手機(jī)等設(shè)備無需與Beacon設(shè)備建立連接即可正常工作。

2.后臺(tái)接收信息。

基于Beacon定位的信息推送需要App支持。但是我們使用室內(nèi)定位功能接收Beacon信號(hào)無需打開App，只是需要展示Beacon信息推送服務(wù)時(shí)才需打開對(duì)應(yīng)app。

3.Beacon不具備傳統(tǒng)意義上的數(shù)據(jù)傳輸功能。

Beacon設(shè)備基站只是以廣播數(shù)據(jù)的形式推送定位所需的信息，采用的是藍(lán)牙不可連接模式。

如果配套開發(fā)的app要運(yùn)行，并傳輸數(shù)據(jù)與服務(wù)器通信實(shí)現(xiàn)客戶定制化功能，獲取特定數(shù)據(jù)，需要搭配開啟其他的數(shù)據(jù)通信方式，例如Wi-Fi、4G等。

另外，采用Beacon定位，可以不使用網(wǎng)絡(luò)，而這里的網(wǎng)絡(luò)是指不通過服務(wù)器，Beacon定位算法可以在本地實(shí)現(xiàn)，即設(shè)備本身完成定位而不通過線上服務(wù)器計(jì)算，前提是需定位的地圖數(shù)據(jù)提前初始化寫入本地設(shè)備。

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四、基于Beacon技術(shù)的iBeacon與Eddystone有何區(qū)別？

1.iBeacon

iBeacon技術(shù)是蘋果公司在2013年WWDC上，推出的一項(xiàng)基于藍(lán)牙4.0（Bluetooth Smart）的精準(zhǔn)微定位技術(shù)，底層技術(shù)使用的是BLE（Bluetooth Low Energy），該定位技術(shù)在iPhone 4S后支持。

當(dāng)你的手持設(shè)備，例如智能手機(jī)靠近一個(gè)Beacon基站時(shí)，智能手機(jī)就能夠接收到Beacon信號(hào)，該信號(hào)接收范圍可以達(dá)到50米。

蘋果公司將iBeacon相關(guān)的接口放到了CoreLocation.framework。Google在Android 4.3及后續(xù)版本支持了該功能，開發(fā)者要使用iBeacon技術(shù)，只要滿足iBeacon技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)即可，但不能對(duì)協(xié)議格式進(jìn)行修改，有一定的局限性。

2.Eddystone

Eddystone是谷歌公司2015年7月15日推出的一款跨平臺(tái)的開源信標(biāo)格式的藍(lán)牙LE信標(biāo)，主要應(yīng)用在公共場合向人們發(fā)送各種信息推送。

由于谷歌公司把它定位為開源項(xiàng)目，谷歌公司按照傳統(tǒng)，就是不用谷歌公司名稱命名那些開源項(xiàng)目，比如Android操作系統(tǒng)就沒有使用谷歌公司的名稱，公眾不需要知道Eddystone是哪家公司的，只要制作信標(biāo)的OEM和對(duì)應(yīng)app開發(fā)者知道。

相對(duì)于蘋果公司iBeacon的局限性，Eddystone是開源的，不僅能用在安卓系統(tǒng)上，iOS通過鏈接庫文件也可以使用。Eddystone在GitHub上存有源代碼。完全開放源代碼也是Eddystone最大的賣點(diǎn)，蘋果對(duì)iBeacon的使用權(quán)限保管地十分嚴(yán)密，之前Radius Networks公司曾想辦法在安卓系統(tǒng)上運(yùn)行蘋果iBeacon，蘋果公司嚴(yán)肅處理此事并最終關(guān)閉了這項(xiàng)服務(wù)。

五、Beacon設(shè)備如何使用BLE

通過上面的內(nèi)容，我們了解到BLE、Beacon、iBeacon、Eddytstone究竟是什么，那么對(duì)于beacon設(shè)備來說，是如何基于BLE技術(shù)實(shí)現(xiàn)功能的呢？

首先，我們先縱觀一下BLE完整的連接過程。

1.BLE的廣播掃描連接過程解析

（1）???廣播，又叫Advertising。

主機(jī)（Central）如果要連接從機(jī)（Peripheral)），從機(jī)必須進(jìn)行廣播，供主機(jī)進(jìn)行連接。從機(jī)會(huì)每間隔一定的時(shí)間發(fā)送一個(gè)廣播包（Advertisement?Packet），間隔的時(shí)間在20ms到10.24s之間，該間隔時(shí)間被稱為廣播間隔。廣播間隔會(huì)影響之后啟動(dòng)一次連接所花費(fèi)的時(shí)間。

主機(jī)在發(fā)送連接請(qǐng)求（Connection?Request）啟動(dòng)與從機(jī)的連接之前，必須接收廣播包。而從機(jī)在發(fā)送完一個(gè)廣播包后的一段時(shí)間內(nèi)，只監(jiān)聽主機(jī)的連接請(qǐng)求。一個(gè)廣播包能夠承載31個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。通常包含的內(nèi)容有用戶名稱、設(shè)備信息、可連接標(biāo)識(shí)等。廣播類型可分為四種：

1)?Connectable?Undirected?Event?Type（可連接非定向型）

2)?Connectable?Directed?Event?Type（可連接定向型）

3)?Scannable?Undirected?Event?Type（可掃描非定向型）

4)?Non-connectable?Undirected?Event?Type（不可連接非定向型）

當(dāng)主機(jī)接收到一個(gè)廣播包時(shí)，它將發(fā)送掃描請(qǐng)求（Scan?Request）來獲得更多的廣播數(shù)據(jù)，前提是掃描者（Active?Scanner）已經(jīng)進(jìn)行了配置。然后從機(jī)通過發(fā)送掃描響應(yīng)（Scan?Response）來回應(yīng)這個(gè)掃描請(qǐng)求，可以包含額外的31個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。

廣播，掃描請(qǐng)求和響應(yīng)，它們采用三個(gè)不同的2.4G頻率段以避開WLAN的干擾。

（2）掃描（Scanning）

掃描是主機(jī)用來監(jiān)聽廣播包和發(fā)送掃描請(qǐng)求的。有兩個(gè)時(shí)序參數(shù)需要注意：“掃描窗口”（Scan?Window一次掃描所占的時(shí)間長度）和“掃描間隙”（Scan?Interval一次掃描的總時(shí)間，包括掃描停止的時(shí)間和掃描進(jìn)行的時(shí)間）。?對(duì)于每一次的掃描間隙，主機(jī)掃描的時(shí)間等于“掃描窗口”，意思是說，如果“掃描窗口”等于“掃描間距”，那就意味著主機(jī)在進(jìn)行連續(xù)的掃描。所以說，主機(jī)掃描的占空比就是“掃描窗口”的時(shí)間除以“掃描間隙”的時(shí)間乘以百分之百。

（3）啟動(dòng)連接（Initiating）

當(dāng)主機(jī)想要進(jìn)入連接時(shí)，它將經(jīng)歷跟掃描廣播包時(shí)一樣的流程。當(dāng)啟動(dòng)連接時(shí)，主機(jī)接收到一個(gè)廣播包時(shí)，主機(jī)將發(fā)送一個(gè)連接請(qǐng)求（Connection?Request）給從機(jī)。

（4）連接（Connection）

根據(jù)連接中第一次的數(shù)據(jù)交換來定義主機(jī)和從機(jī)的角色。當(dāng)進(jìn)行連接時(shí)，主機(jī)將根據(jù)從機(jī)定義的“間隙時(shí)間”（Interval）請(qǐng)求數(shù)據(jù)。這個(gè)間隙時(shí)間被稱為“連接間隙”（Connection?interval）。它用于主機(jī)連接，不過從機(jī)可以發(fā)送更新連接參數(shù)請(qǐng)求（Connection?Parameter?Updata?Requests）給主機(jī)。

根據(jù)Bluetooth?Core?Specification，這個(gè)時(shí)間間隙必須在7.5ms到4s之間。如果從機(jī)在時(shí)間幀內(nèi)（time-frame）不響應(yīng)這個(gè)來自于主機(jī)的包，這稱作連接監(jiān)管超時(shí)（Connection?supervision?timeout），此次連接被認(rèn)為已丟失。在每次連接間隙中通過傳輸多個(gè)包來達(dá)到更多的數(shù)據(jù)吞吐量是可行的。每次的包最多可以發(fā)送20個(gè)字節(jié)。但是，如果當(dāng)前的功耗需要控制的，從機(jī)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，就可以選擇忽略一定數(shù)量的間隙。被忽略的間隙被稱作“從機(jī)延遲”（slave?latency）。在一次連接中，設(shè)備將通過所有通道在頻率帶中進(jìn)行跳頻（hop）。

2?.Beacon的使用方法

Beacon設(shè)備只使用了廣播通信信道，因此無BLE后續(xù)連接相關(guān)步驟，也正是這樣，Beacon面向低功耗室內(nèi)精確定位的應(yīng)用領(lǐng)域。正如beacon（信標(biāo)、燈塔）的字面意思，這種設(shè)備以一定的時(shí)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(jī)這樣的主機(jī)設(shè)備獲取。

比如：一個(gè)小型溫控器可以開放一個(gè)service用于獲取當(dāng)前的溫度或者濕度讀數(shù)，它是被可連接的，溫控器和操作設(shè)備之間可以相互通信；Beacon不進(jìn)行連接，操作設(shè)備只接收到Beacon的廣播信號(hào)，操作設(shè)備根據(jù)接收到的廣播信號(hào)進(jìn)行下一步動(dòng)作。

六、iBeacon技術(shù)使用介紹

下面主要介紹iBeacon具體怎么使用：

（1）iBeacon的屬性

iBeacon從本質(zhì)上來說是一個(gè)位置信息，所以蘋果公司把iBeacon功能集成在了Core Location里面，主要用三個(gè)屬性來標(biāo)識(shí)一個(gè)iBeacon：proximityUUID、major和minor。

1.proximityUUID是一個(gè)NSUUID，用來標(biāo)識(shí)公司的。每個(gè)公司、組織使用的iBeacon應(yīng)該擁有同樣的proximityUUID，也被稱為UUID。

2.major用來識(shí)別一組相關(guān)聯(lián)的beacon，例如在連鎖超市的場景中，每個(gè)分店的beacon應(yīng)該擁有同樣的major，major的作用類似于分組，為了更好地管理數(shù)量龐大的Beacon設(shè)備。

minor則用來區(qū)分某個(gè)特定的beacon，相當(dāng)于是對(duì)同一組的Beacon設(shè)備進(jìn)行編號(hào)管理，例如在連鎖超市中，區(qū)分某一個(gè)貨架上的不同商品。

這些屬性如果不進(jìn)行指定，設(shè)備匹配的時(shí)候就會(huì)忽略這個(gè)屬性。例如只指定proximityUUID的CLBeaconRegion可以匹配某公司的所有beacon設(shè)備。

（2）iBeacon幀格式

iBeacon廣播包幀格式如下，我們可以看到幀格式由廣播長度、類型、公司ID、iBeacon類型、iBeacon長度、UUID、Major、Minor、發(fā)射功率這些參數(shù)組成。

其中Company ID稱為公司ID，顧名思義是為了展示公司標(biāo)識(shí)，例如下面的公司向Bluetooth SIG申請(qǐng)的16bit UUID：百度（0xFDC2，0xFDC3），小米（0xFDAB，0xFDAA，0xFE95），alibaba（0xFE3C），nordic（0xFE59，0xFE58）。

Company ID帶有很強(qiáng)的標(biāo)識(shí)信息，體現(xiàn)出該iBeacon數(shù)據(jù)服務(wù)提供商的綜合能力，但是很多使用者和公司都沒有這種ID。在實(shí)際的Beacon營銷推廣應(yīng)用，例如在商場推送營銷信息中，展示自身的ID信息是非常重要的，而該參數(shù)的限制對(duì)營銷推廣使用有一定的局限性。

除此之外，我們可以看到整個(gè)iBeacon數(shù)據(jù)格式是單一的，每一段代碼都已經(jīng)被嚴(yán)格限制，開發(fā)者或者使用者只能按照格式使用，不能額外修改或者自行開發(fā)。

七、Eddystone技術(shù)使用介紹

下面主要介紹Eddystone具體怎么使用：

（1）Eddystone的屬性

Eddystone除了開源這一大優(yōu)勢(shì)之外，還支持多框架。先前蘋果的iBeacon和谷歌的The Physical Web都只支持一種框架。

Eddystone兼容多種框架，你可以看到不同的信標(biāo)銷售商銷售不同用途的信標(biāo)。意味著無論是iOS手機(jī)還是Android手機(jī)都可以接收到谷歌公司的Eddystone Beacon信號(hào)。這對(duì)于需要推送店鋪信息的商家是個(gè)非常好的消息，意味著所有手機(jī)都可以接收到推送消息，而不是像iBeacon一樣被iOS系統(tǒng)所限制。

而Eddystone多種框架包含UID、URL、TLM、EID四種格式數(shù)據(jù)。

Eddystone的UID初衷就是用來兼容iBeacon UUID，為了打破只有iBeacon UUID的限制，UID可以自由地被商家設(shè)置，app可以選擇只接受來自該UID的消息，通過UID的唯一識(shí)別碼，商家app也可以判斷出用戶處于全球的哪一家分店，并推送相應(yīng)的信息，如優(yōu)惠券、連接Wi-Fi等等。

URL鏈接顯然比UID應(yīng)用更廣泛也更簡單，任何一個(gè)手機(jī)上都有瀏覽器，它們都可以打開URL。在這種一次性傳輸中,用戶不想專門下載app接收推送信息，URL無疑是最佳選擇。

TLM，這種遠(yuǎn)程遙測(cè)框架對(duì)需要掌控大量信標(biāo)的企業(yè)很有用。鑒于信標(biāo)大多數(shù)使用電池供電，在一段時(shí)間后就需要更換電池或充電。遙測(cè)數(shù)據(jù)框架允許信標(biāo)將自身的狀態(tài)和電量信息發(fā)送給周圍的工作人員，這樣員工們可以有針對(duì)性的進(jìn)行維護(hù)和更換。

EID是一種安全框架，它是一種只允許被授權(quán)用戶讀取信息的信標(biāo)。比如在公司中，大廳里安放了對(duì)全部顧客、訪客廣播的信標(biāo)，然而公司也有只想對(duì)雇員廣播的信息，他們顯然不希望這些信息被顧客和訪客看到。

（2）Eddystone幀格式

Eddystone不使用制造商數(shù)據(jù)字段，而是在完整的16位服務(wù)UUID字段中置入0xFEAA值，并用關(guān)聯(lián)的服務(wù)數(shù)據(jù)字段來容納Beacon信息。完整細(xì)節(jié)可查看如下：

利用Eddystone技術(shù)的Beacon設(shè)備可以廣泛應(yīng)用于商品的近距離推廣，例如顧客在超市，餐廳附近逛街。在機(jī)場，火車站，風(fēng)景點(diǎn)，博物館獲取地點(diǎn)信息。對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行追蹤防丟。在商場室內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)航。

基于BLE技術(shù)的Beacon應(yīng)用案例在市場上已遍地開花，網(wǎng)上可以搜到各種有關(guān)Beacon的技術(shù)信息。無論國內(nèi)還是國外，Beacon技術(shù)旺盛的應(yīng)用需求已經(jīng)吸引越來越多的廠商投入研發(fā)，市面上已有相當(dāng)成熟的Beacon系統(tǒng)方案，例如智慧博物館、智慧倉庫、智慧動(dòng)物園、智慧冷鏈、智慧賣場、智慧商店、智慧體育館、智慧養(yǎng)老院、智慧醫(yī)院、智慧展覽中心等Beacon應(yīng)用方案。信馳達(dá)科技作為物聯(lián)網(wǎng)業(yè)內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè)更是起到了先行者的作用，旗下推出的Beacon成品RF-B-AR1，憑借極低的使用門檻助力客戶縮短項(xiàng)目搭建周期，幫助客戶產(chǎn)品快速落地，在國內(nèi)已有成熟的Beacon應(yīng)用場景案例。

目前，國內(nèi)Beacon應(yīng)用越發(fā)趨于完善，整體室內(nèi)定位產(chǎn)業(yè)鏈初具規(guī)模。憑借著低功耗，低成本的Beacon產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，信馳達(dá)科技在室內(nèi)定位應(yīng)用的廣闊前景已經(jīng)打開。

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