BLE 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.

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.

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.

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.