BLE Beacons

Bluetooth Beacons senden Datenpakete, die von Bluetooth-fähigen Geräten erkannt werden.

7 Min
02. Mai 2024
Produktgruppe: BLE Beacons

Die Zukunft von Bluetooth-Beacons sieht vielversprechend aus. Die aktuellste Bluetooth-Kernspezifikation Version 5.4 ermöglicht eine sichere und bidirektionale Kommunikation mit Tausenden von End-Nodes. BLE-Beacons werden zunehmend in zellulare Infrastrukturen wie 5G-Netze integriert, um Over-the-Air-Management und -Updates zu ermöglichen.

Hybride Positionierungssysteme aus Wi-Fi und BLE werden eine höhere Genauigkeit und größere Reichweiten ermöglichen. Ein Bluetooth-Beacon mit integrierter künstlicher Intelligenz (KI) wird in der Lage sein, Echtzeitdaten zu analysieren und die Bereitstellung von Inhalten zu personalisieren.

1. Status Quo

Was sind Bluetooth-Beacons?

Bluetooth-Beacons sind kleine, drahtlose Geräte, die das Bluetooth Low Energy (BLE)-Kommunikationsprotokoll verwenden, um in kurzen, regelmäßigen Abständen Funksignale an mobile, Bluetooth-fähige Geräte in der Nähe zu senden. Diese Signale können von Smartphones, Tablets, Gateways oder anderen kompatiblen Geräten empfangen werden, um Aktionen auszulösen, Informationen zu liefern oder standortbezogene Dienste anzubieten. Alle modernen Smartphones sind Bluetooth LE-fähig.

Bluetooth LE-Beacons werden auch als BLE-Tracker bezeichnet. Bluetooth LE-Beacons werden häufig an strategischen Stellen innerhalb einer Einrichtung oder eines Gebäudes angebracht. Sie werden an Wänden, Decken oder Objekten installiert. Diese Beacons können die Nähe eines empfangenden Geräts über einen Ranging-Prozess ermitteln, wie in den folgenden Abschnitten erläutert wird.

Tracker mit BLE gibt es in verschiedenen Formen. Dazu gehören Karten, Armbänder, Aufkleber, USBs, Schlüsselanhänger und Anstecker. Diese Beacons sind entweder batteriebetrieben, USB-betrieben oder steckerbetrieben.

BLE Beacon Produkte

Wie funktionieren Bluetooth Beacons?

Bluetooth-Beacons funktionieren ähnlich wie ein Leuchtturm. So wie Leuchttürme Lichtsignale aussenden, um Schiffen zu helfen, ihren Standort zu bestimmen, senden Bluetooth-Beacons Datenpakete, die von anderen Geräten erkannt werden können. Wichtig ist, dass Beacons keine Nutzer oder Mobilgeräte verfolgen können. Ihre einzige Funktion ist die Übertragung von Datenpaketen.

Die in diesen Datenpaketen enthaltenen Daten können je nach dem verwendeten Standard variieren. Sie umfassen in der Regel einen Unique-Identifier (UI) und Namespace-Identifier. Namespace-Identifier sind Zahlen, die bestimmte Orte und Bereiche innerhalb dieser Orte bezeichnen. Ein Namespace-Identifier kann zum Beispiel eine bestimmte Stadt, ein Gebäude oder sogar ein bestimmtes Stockwerk oder einen Gang innerhalb eines Gebäudes bezeichnen.

Ein Bluetooth-fähiges Gerät mit einer entsprechenden mobilen App fungiert als Scanner, der die von dem Beacon gesendeten Datenpakete erkennt. Die mobile App interpretiert die Daten und identifiziert den Standort des Beacon und den ihm zugewiesenen Bereich. Darüber hinaus kann die App die Nähe des Beacons anhand des Received Signal Strength Indicator (RSSI) der empfangenen Signale bestimmen. Dadurch wird eine genaue Standortbestimmung möglich.

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Was sind die Beacon-Standards?

Die beiden führenden Standards für Bluetooth-Beacons sind der iBeacon-Standard von Apple und der Eddystone-Standard von Google. Ein weiterer Beacon-Standard ist das AltBeacon-Protokoll von Radius Networks. Viele Anbieter von Beacon-Hardware unterstützen mehrere, wenn nicht sogar alle Standards. Dadurch ergibt sich eine größere Flexibilität für Kunden, die diese Standards implementieren möchten.

Der iBeacon-Standard

Der in iOS 7.0 im Jahr 2013 eingeführte iBeacon-Standard war der erste Mainstream-Standard für Bluetooth-Beacons. Dieser Standard legt die Struktur der von den Beacons übertragenen Datenpakete fest, die eine 16-Byte-UUID, eine 2-Byte-Major-ID, eine 2-Byte-Minor-ID und eine Sendeleistung (Tx Power) von 1 Byte umfassen. Der iBeacon-Standard ist sowohl mit Android als auch mit iOS kompatibel.

Die UUID ist ein “ Unique Identifier „, der einer App zugewiesen wird. Ein bestimmter Bereich innerhalb der UUID wird durch die Major-ID angegeben. Die Minor-ID gibt eine Unterregion innerhalb der Major-Region an. Bei einer Kette von Einzelhandelsgeschäften wäre die UUID beispielsweise für alle Geschäfte gleich. Jedes einzelne Geschäft hat eine eindeutige Major-ID. Die Minor-IDs geben das jeweilige Stockwerk oder den Gang jedes einzelnen Geschäfts an.

Um den Namen iBeacon offiziell zu verwenden und Kompatibilität zu beanspruchen, müssen Hersteller eine Lizenzvereinbarung mit Apple unterzeichnen. Allerdings ist es möglich, Beacons zu entwickeln und zu verwenden, die iBeacon-Pakete ohne diese Vereinbarung übertragen; solche Geräte können nur nicht als iBeacon-kompatibel vermarktet werden.

Der iBeacon-Standard umfasst auch iOS-APIs. Diese ermöglichen es Herstellern, Anwendungen zu erstellen, die mit Geräten interagieren können, die mit dem Standard kompatibel sind. Diese APIs ermöglichen die Erkennung der geschätzten Nähe eines Geräts zu den Beacons.

Das Verfahren zur Bestimmung der Entfernung („Proximity“) wird als „Ranging“ bezeichnet. Es gibt vier verschiedene Zonen, die sogenannten „Proximity-States“.

  • Die erste Zone „Immediate“ zeigt an, dass sich das Beacon ganz in der Nähe des mobilen Geräts befindet.
  • Die Zone „Near“ bedeutet, dass das Beacon etwa 1-3 Meter entfernt ist, vorausgesetzt, es besteht eine klare Sichtlinie.
  • Die Zone „Far“ signalisiert die Erfassung des Beacons. Das erfasste Signal kann allerdings nicht den Zonen „Immediate“ oder “ Near“ zugeordnet werden. Grund dafür können Störungen und Hindernisse zwischen dem mobilen Lesegerät und dem Beacon sein.
  • Die Zone „Unknown“ bedeutet, dass die Nähe nicht bestimmt werden kann oder dass der Ranging-Prozess noch in der Initialisierung ist.

Der Eddystone-Standard

Google führte 2015 den Eddystone-Standard ein. Dieser Standard bot zusätzliche Funktionen, die den iBeacon-Standard erweiterten. Dazu gehören die Beacon-Konfiguration und -Verwaltung, verbesserte Datenschutz- und Sicherheitsmaßnahmen, die Möglichkeit, eine URL direkt an ein Lesegerät zu senden, und der Wegfall der Notwendigkeit einer entsprechenden mobilen App. Der Standard ist in den Chrome-Browser des Lesegeräts integriert. Im Gegensatz zu iBeacon, das einen einzigen Datenpakettyp hat, gibt es bei Eddystone vier verschiedene Pakettypen:

  1. Eddystone-UID: Dieses Paket enthält eine eindeutige statische ID, die aus einem 10-Byte-Namespace und einer 6-Byte-Instanzkomponente besteht.
  2. Eddystone-URL: Dieser Pakettyp sendet eine komprimierte URL, die vom Client leicht geparst und dekomprimiert werden kann.
  3. Eddystone-TLM: Dieses Paket enthält Statusdaten über den Beacon. Es wird häufig für das Flottenmanagement und Wartungsaufgaben verwendet.
  4. Eddystone-EID: Dieser Pakettyp ermöglicht eine verbesserte Privatsphäre und Sicherheit. Das Datenpaket ist zeitvariabel und kann nur von Clients aufgelöst werden, die über eine gültige Berechtigung verfügen.
2. In der Praxis

Anwendungsbereiche für Bluetooth Beacons

Bluetooth Beacons werden hauptsächlich für Anwendungen zur Ortung und Proximity Awareness eingesetzt. Sie werden zunehmend in verschiedenen Branchen verwendet. Im Bereich des Einzelhandelsmarketings können Beacons den Kunden Gutscheine und Belohnungen anbieten, wenn sie sich einem Beacon nähern, der sich in einem Geschäft befindet. Dadurch wird das Einkaufserlebnis für die Kunden erhöht.

In der Veranstaltungsbranche werden Beacons bei kleinen Geschäftstreffen und bei Großveranstaltungen wie Sportwettkämpfen und Musikkonzerten eingesetzt. Diese Beacons liefern den Veranstaltungsteilnehmern Echtzeit-Updates. Eine weitere Anwendung ist das Asset-Tracking in Gebäuden. Dabei wird der Standort von Wertgegenständen mit Hilfe von Beacons überwacht.

Beacons spielen auch eine wichtige Rolle bei Indoor-Lokalisierungsdiensten und der Indoor-Navigation. Sie werden eingesetzt, um Personen innerhalb von Gebäuden zu führen, in denen GPS unwirksam ist. In der Tourismusbranche optimieren Beacons das Erlebnis der Besucher in Museen und bei Führungen, indem sie kontextbezogene Informationen und interaktive Inhalte bereitstellen, sobald sich die Besucher den installierten Beacons nähern.

Beispiel 1: Nachverfolgung über den gesamten Lebenszyklus – das ist der neue Standard!

Der süddeutsche Radhersteller Iko Sportartikel Handels GmbH, bekannt durch seine 1A-Marke Corratec, macht es seinen Kunden jetzt noch einfacher, ihr Rad über ein integriertes Modul schnell wiederzufinden. Besitzer lokalisieren das verlorene Objekt über das Apple Find My network – und schon kann es weitergehen!

Der E-Bike-Tracker (Transponder) ist vollständig in die Motorabdeckung des Bikes integriert und wird während des normalen Ladevorgangs über den Akku des E-Bikes mit Energie versorgt. Das ist wirklich eine geniale Lösung, denn so ist er für den Endkunden über den gesamten Lebenszyklus des Fahrrads nutzbar. Und damit nicht genug: Der Tracker verfügt auch über einen eigenen Akku, der einen Betrieb ohne Nachladen für bis zu einem Jahr sicherstellt.

Track & Trace von E-Bikes
Track & Trace von E-Bikes mit Apple Find My network

„Die Marke Corratec bietet seinen E-Bike- Kunden mit dem C-Finder die Sicherheit, das Fahrrad im Verlustfall wiederzufinden. Händler bekommen noch ein weiteres Qualitätsmerkmal als Verkaufsargument an die Hand: das weltweite Tracking des eigenen Bikes durch das Apple Find My network. Und der Endkunde kann getreu dem Corratec- Motto „We are young, wild and free” sein Bike sorgenfrei genießen.“

Jochen Vogt

COO & Managing Director, Iko Sportartikel Handels GmbH

Logo iko Sportartikel

Beispiel 2: Porto – Mobile Bezahlungslösungen im ÖPNV

Die BLE-Technologie (Bluetooth Low Energy) eröffnet neue Anwendungsbereiche! Während BLE-Beacons bisher vor allem für standortbezogene Dienste genutzt wurden, eröffnet sich nun eine revolutionäre Möglichkeit im Bereich der mobilen Bezahlungslösungen für den öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV).

Die bisherigen Technologien im Transportwesen, basierend auf Wi-Fi, 3G/4G, QR-Codes oder NFC, waren bereits beeindruckend. Doch jetzt setzt BLE einen neuen Maßstab! Forscher der Universität Porto haben in spannenden Laborversuchen die notwendigen Merkmale von BLE-Beacons für diese Anwendung untersucht.

Die Umsetzung dieser innovativen Lösung erfolgte in einer einjährigen Testphase und war herausfordernd, aber letztendlich erfolgreich. Die neue Mobile-Ticket-Lösung wurde zunächst in vier ausgewählten Metro-, Bus- und Bahnlinien im Großraum Porto implementiert und schrittweise ausgeweitet. Und bereits im Juni 2018, nur ein Jahr nach Beginn der Testphase, wurde das System auf das gesamte ÖPNV-Netzwerk von Porto erweitert!

Mit diesen bahnbrechenden Innovationen machen wir einen riesigen Sprung in Richtung einer nahtlosen, effizienten und absolut benutzerfreundlichen Mobilitätslösung!

Complex Porto Public Transport System Upgraded with Mobile Ticketing Solution
NFC & BLE Micro-Location Mobile-Ticket Lösung

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