How Do iBeacons Work

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cos_sin_tan 2023-05-09 16:33:10 博主文章分类：ios

iBeacons

iBeacons最近是一个趋势的话题，它们允许室内定位，让你的电话知道你在基站的范围。这个能有许多应用：在停车场帮你找到你的车，零售商通过优惠券和基于位置的特别优惠，以至许多现在不敢想象的应用。

关于iBeacons和如何使用它有许多博文，但从技术角度，他们如何工作，深层的技术是低功耗蓝牙，等等。。。

什么是低功耗蓝牙

低功耗蓝牙是发布在2010年的蓝牙4.0规范的一部分，它在Nokia发起于2006年，但合并到蓝牙技术，它是同经典蓝牙不同的一组协议，并且设备不向后兼容。因此有会遇到三种设备蓝牙：仅支持经典模式智能蓝牙过渡(Bluetooth Smart Ready):支持经典模式和LE(Low Energy)模式 *智能蓝牙：仅支持LE模式

新的智能手机（iPhone 4S+,SG3+）,笔记本，平板电脑，装备了蓝牙4.0，因为已经是智能蓝牙过渡，Beacons，从另一方面讲，仅支持低功耗协议(允许他们在一块电池的情景下，工作足够长的时间)，因此他们实现了智能蓝牙，旧的设备，如外设、车载系统、旧手机通常仅支持经典蓝牙协议。

低功耗蓝牙主要关注点，理所当然在低功耗上。例如一些Beacons在一块纽扣电池下（电池通常不更换，除非当beacon停止工作时，才需要更换）可以持续两年传输信号。低功耗蓝牙同经典蓝牙都使用相同的频谱范围（2.4GHZ—2.4835GHZ）。低功耗蓝牙有更低的传输速率，尽管它的本意不是流传输大量数据，而是发现和简单通讯。在理论范围，低功耗蓝牙和经典蓝牙信号都可以最远达到100米。

低功耗蓝牙如何通讯

低功耗蓝牙有两种主状态:广播和连接。

广播是单向的被发现机制，想要被发现的设备可以传输数据包每20ms到10秒。越短的时间间隔，越短的电池寿命，但设备发现速度越快。数据包可以加长至47个长度的字节，由以下构成:

* 1字节报头

* 4字节访问地址

* 2-39字节广播频道PDU

* 3字节CRC

广播通讯频道，访问地址总是0x8E89BED6.对于数据频道，每一次连接都不相同。
PDU有它自己的头部（两字节：负载的大小和它的类型—设备是否支持连接，等）和实际的数据负载（最长至37字节）。
最后，负载的头六个字节是设备的MAC地址，实际的数据最长有31字节。
低功耗蓝牙可以操作一个非连接广播模式（所有的信息都被包含在广播中），但他们也可以允许连接（通常允许）。
设备被发现之后，可以建立一个连接。它是有可能去读低功耗蓝牙提供的服务，对于每一个服务特性（这个是被熟知的GATT配置文件的实现）。每一个特性提供一些可以被读取或被写的值。例如一个智能调温器可以暴露服务为获得当前温度、湿度读取（作为特性服务），另一个服务特性去设置期望的温度。尽管，beacons没有使用连接，这里跳过了细节。如果你想要读更多的低功耗蓝牙连接，苹果核心蓝牙指导书,即使你不是一名iOS开发人员，也能提供了一个好的概述。更专业的技术文章，请看EE.

beacons如何使用蓝牙？

Beacons通常使用广播频道，由beacon望文生义，他们每隔一段时间传输数据包，这些数据被设备像智能机接受，因此iBeacons是简单的低功耗蓝牙广播的特殊应用，iOS端加入了特别的支持。

一国你尝试拦截一个蓝牙广播包，例如来自于Estimote beacon，你将看到下列数据：

02 01 06 1A FF 4C 00 02 15 B9 40 7F 30 F5 F8 46 6E AF F9 25 55 6B 57 FE 6D 00 49 00

(捕获这些数据，如果使用OSX，一个附加的下载包含一个蓝牙扫描和包日志)

以上数据已经有报文了，固定访问地址、广播PDU头和MAC地址被移除;它只有广播数据—30字节，因此它适应了31字节的限制。

什么使得蓝牙广播成为iBeacon？格式由苹果规定，分解如下：

02 01 06 1A FF 4C 00 02 15: iBeacon prefix (fixed) B9 40 7F 30 F5 F8 46 6E AF F9 25 55 6B 57 FE 6D: proximity UUID (here: Estimote’s fixed UUID) 00 49: major 00 0A: minor C5: 2’s complement of measured TX power

如果你想用beacons试验，不需要任何特别的设备，遵循一下步骤：如果你有一台新手机（例如iPhone4s + SG3+）或者蓝牙4.0的笔记本（Retina Macbook），你可以转化以上设备成为iBeacon的发送和接受端，对于iPhone，参考“Locate iB”app在苹果应用商店，对于MacOS，参考这里,当然，也可以用电路板当beacon。

分解iBeacon数据格式

从固定的iBeacon前缀(02 01 ….15),其他的部分的意义是什么呢？
近距离UUID(B9 … 6D 在我们的例子中)，是被用来区分你的beacons和其他的标识符，如果，例如beacons被用来去提供特别优惠给顾客在连锁店。所有的beacons属于一个链，应该有相同的近距离UUID，专用的为连锁店的iPhone应用，会在后台扫描给定UUID的beacons。
主编号(2字节，这里是:0x0049 (10进制73))，被用来为相关的许多beacons组团，例如在店里的所有的beacons将有相同的主标号，这样应用将知道顾客在哪个特定的商店。
次标号(2字节，这里是:0X000A,(10进制10))被用来定义独立的beacons，每一个beacon在店里将有不同的此标号，因此你知道顾客实际在哪里。

测量距离

数据最后，TX power,被用来判断离beacon的距离。这些可以被表达做为粗糙的信息（近/远/超出范围）或者作为一个以米更精确的度量(可以转换为英尺);这是如何完成的？
TX power(这里是：OxC5=197，2‘s complement = 256-197 =-59dBm)是被测量的信号强度，在距设备一米(RSSI-接受信号强度指示)，作为信号衰减预期，更进一步的讲，知道一米的RSSI，并且知道当前的RSSI(我们同接受信号一起得到信息)，它有可能有计算差别，iOS已经建立了模型，对于其他平台，需要手写代码，参看这里障碍物例如家具，人或者通讯拥堵都可以降低信号，因此距离是一个估算值。

iOS 整合

iOS同iBeacons带来了一些附加的整合，你的app可以接受通知，当一个beacon出现在一个区域—不仅是app在前台运行，后台运行也可以。一个app可以订阅区域的进入/离开时间，然后它可以部分的唤醒，甚至它还未在工作，为了响应这些事件，app可以发送本地通知，提示用户打开app，看店内提示(可以从网络取数据)，或者相关内容。
更准确的，当手机不活跃时，iOS进入低功耗监控模式：仅有iBacons区域进入和退出是被检测的。当手机和app是活跃的，你可以进入搜寻模式，可以打开你去家册信号强度和更精确估算距离。
注意你的手机需要花费时间去检测beacon，首先beacons传输广播是间断的，其次你的手机不是活跃的，它也是隔一段时间检测蓝牙信号，对于被检测的beacon，这两种间隔必须重合，实际上，它可能花费15分钟去检测一个beacon。对于一步一步写一个iOS iBeacons的应用，参考这里,Beacons制造商也提供专用的SDK，去帮助编写基于beacon的引用，看一下例子Esitmote’s iOS SDKandAndroid