Технологии IBeacon и NFC и методы разработки indoor-приложений с использованием вышеперечисленных технологий

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	2
ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЯ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ	4
1.1.	Bluetooth-маяки	6
1.1.1.	Формат данных	8
1.1.2.	Адрес устройства	9
1.1.3.	Интервал объявления	9
1.1.4.	Питание маячков	10
1.2. 	Apple iBeacon	11
1.2.1. Применение iBeacon	12
1.2.2. Российские beacon-сервисы	13
1.3. 	Near Field Communications	14
1.3.1.	NFC. Применение.	17
ГЛАВА 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ НАВИГАЦИИ	19
2.1.  Проект автоматизированной системы indoor-навигации iBeacon для обеспечения безопасности на Московском ж/д вокзале	19
2.2.  Принцип работы мобильного приложения	20
2.3.  Необходимое оборудование для технического обеспечения системы	21
2.3.1. Обеспечение персонала подвижными метками	22
2.3.2. Алгоритм работы стационарных маячков на территории вокзала.	23
2.4. Проблемы, возникающие при разработке и использовании системы	23
2.5. Средства разработки	24
2.5.1. IDE XCode	24
2.5.2. Android Studio	25
2.5.3. Язык программирования Pyton	26
2.5.4. Язык программирования Java	27
2.5.5 Язык программирования Objective-C	28
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРИЛОЖЕНИЯ INDOOR-НАВИГАЦИИ ДЛЯ IOS И ANDROID	31
3.1. Создание прототипа beacon-маячка	31
3.2. Создание приложения indoor-навигации для Android с помощью Estimote iBeacon	33
3.3. Создание приложения indoor-навигации для IOS с помощью Estimote iBeacon.	35
ГЛАВА 4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ.	37
4.1 Охрана труда при работе за компьютером	37
4.2 Оснащение рабочего места	38
4.3 Нормативы и нормы	38
4.4 Специальная оценка условий труда	39




ВВЕДЕНИЕ

      С приходом новейших технологий всё сильнее актуализируется проблема автоматизации навигационных сервисов в местах с повышенным потоком людей. Аэропорты и вокзалы, схемы метрополитена, торговые и бизнес центры становятся сложнее в своей структуре и  ориентироваться в таких помещениях при помощи статических схем становится гораздо тяжелее, особенно если говорить о людях с ограниченными возможностями.
      Проблема ориентации в пространстве, навигации для людей с ограниченными возможностями может быть решена благодаря созданию автоматизированной системы приложений, используя технологии indoor- и outdoor-навигации. Приложения-гиды для перемещения под открытым небом (outdoor) реализуют при помощи технологий спутниковой навигации (GPS/Глонасс). Благодаря таким приложениям в незнакомом городе человек может с лёгкостью найти  кафе/музеи/гостиницы и построить маршрут до места назначения. Кроме  того, нередко indoor-навигация – навигация внутри помещений оказывается не менее необходимой.  Системы Indoor Location легко могут помочь сориентироваться в зданиях со сложной навигацией. Например, внутри аэропортов, торговых центров, музеев, производственных помещений или больших офисных комплексов. Для правильной работы системы приложения-гида в  закрытых помещениях предполагается весьма точное определение местоположения – погрешность не должна превышать расстояния в 1-2 метра. По этой причине, система определения местоположения при помощи GPS  терпит крушение при реализации внутри помещений - в здании определить местоположение с необходимой точностью с помощью спутниковой системы навигации практически невозможно.
      Помимо спутниковых систем имеются ещё несколько методов навигации, один из них созданный специально для решения проблем ориентирования  в помещениях, основанный на применении маячков (Beacons) и технологии Bluetooth Low Energy, именно он за последние несколько лет получил самое широкое распространение. Сущность метода заключается в установке  маячков с низким энергопотреблением по всему периметру здания. Маячки транслируют сигналы, которые принимает посредством специального приложения и включённого Bluetooth и преобразует смартфон, определяя местоположение объекта в здании. Решение с системой маячков может помочь решить проблему не только indoor-навигации, но и безопасности, а так же принести экономическую выгоду за счёт маркетинговых рассылок.[3]
      Не смотря на простоту решения, системы beacon-навигации ещё не получила достаточного распространения в России. Практика технологически развитых стран показала, что технология iBeacon стала незаменимой в общественных местах, где информация для посетителей обновляется ежеминутно: в аэропортах, на ЖД-вокзалах и автобусных станциях. На данный момент такой системой уже обзавелись в  московском аэропорту Шереметьево и на станции метрополитена «Котельники» также в Москве. Кроме того идёт разработка навигационной системы в петербургском аэропорту Пулково.
      В ходе данной дипломной работы будет произведена разработка автоматизированной системы приложений-гидов с использованием технологий IBeacon и NFC с целью проектирования плана автоматизированной навигационной системы железнодорожного вокзала.
Объектом исследования стал железнодорожный вокзал «Московский»
      Предметом исследования стали технологии IBeacon и NFC и методы разработки indoor-приложений с использованием вышеперечисленных технологий.
      Задачи, которые будут решаться в ходе этой работы:
* анализ предметной области, в которой выполнен обзор существующих методов решения проблемы indoor-навигации, а также рассмотрена навигация, основанная на BLE;
* рассмотрение систем проектирования применительно к нашей цели, навигации внутри помещения, с использованием технологий iBeacon и NFC;
* разработка архитектуры для навигации внутри помещения применительно заявленных технологий.
      В связи с активным развитием интернета вещей, внедрение автоматизированных систем навигации в местах активного пассажиропотока представляет практический и научный интерес для общества. 
      В разработке используются языки программирования Pyton (для проектирования прототипа маячка) и Java и Objective-C для разработки Android- и IOS-приложений. Среды разработки XCode и Android SDK.
      Дипломная работа состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы.



ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЯ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

      Рассмотрим подробнее, что представляет собой технология беспроводной передачи данных и какие методы indoor-навигации существуют в настоящее время. 
      В маяках применяется технология Bluetooth Low Energy(BLE), их цель отправлять сообщения на смартфоны пользователей, находящихся в радиусе пятьдесят метров и мотивировать пользователя на конкретное действие или информировать его.
      Для работы с некоторыми типами маячков на смартфонах должны быть установлены специальные приложения. С их помощью удается определить местоположения объекта с точностью до сантиметра. Технологии Google расширяют возможности мачков, позволяя отправлять уведомления пользователям без дополнительно установленных программ.
      Существует три типа маячков: Eddystone, iBeacon, AltBeacon. Основное различие этих технологий в формате отправляемых уведомлений: Eddystone, как и iBeacon от Apple или AltBeacon от Radus Network, дает возможность отправлять местоположение объекта на мобильные устройства пользователей. Маячки iBeacon взаимодействует только с мобильным приложением, в отличие от маячков BLE Eddystone, которые позволяют отправлять пользователям ссылку на посадочную страницу компании без специально установленного приложения. Такие маячки наиболее эффективны для компаний, работающих в сфере розничной торговли и услуг. Однако их возможности намного шире. В этой работе мы покажем использование таких маячков применительно к навигации внутри помещения для приложения-гида. Любой физический объект, допустим, музейный экспонат, картина может передавать информацию о себе на мобильное устройство пользователя. 
      Сами по себе беспроводные технологии – это подкласс информационных технологий, служащих для передачи информации между двумя и более точками на расстоянии, не требуя проводной связи. Для передачи информации могут использоваться как радиоволны, так и инфракрасное, оптическое или лазерное излучение. В настоящее время существует много беспроводных технологий часто известных по названиям компаний, которым принадлежит разработка подобных технологий, такими технологиями, как раз, являются Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth. Каждая их этих технологий обладает определенными характеристиками, которые определяются ее областью применения.
      Существуют различные подходы к классификации беспроводных технологий [4]. Например, они могут делиться:
* По дальности действия: 
o Беспроводные персональные сети (WPAN – Wireless Personal Area Networks). Примером таких технологий, как раз, служит Bluetooth.
o Беспроводные локальные сети (WLAN – Wireless Area Networks). К этому типу относится технология Wi-Fi.
o Беспроводные сети масштаба города (WMAN – Wireless Metropolitan Area Networks). Пример технологии WiMAX.
o Беспроводные глобальные сети (WWAN – Wireless Wide Area Network). Примерами глобальных технологий являются GPRS, EDGE, LTE.
      Кроме того, беспроводные технологии так же классифицируют:
* По топологии:
o «Точка-точка».
o «Точка-многоточка»
* По области применения:
o Корпоративные (ведомственные) беспроводные сети – создаваемые компаниями для собственных нужд.
o Операторские беспроводные сети – создаваемые операторами для возмездного оказания услуг.
      Кратким, но емким способом классификации может служить одновременное отображение двух наиболее существенных характеристик беспроводных технологий на двух осях: максимальная скорость передачи данных и максимальное дальность действия.
      Применительно к indoor-навигации также имеют место быть и другие технологии, а не только рассматриваемая навигация по Bluetooth-маякам, а именно:
* Навигация по Wi-Fi. 
      Используется уже существующая инфраструктура сетей связи – точки беспроводных сетей Wi-Fi, и это наименее затратный вариант. Методика определение координат следующая: устройство пользователя сканирует доступные Wi-Fi -точки доступа, затем информацию о них отправляет на сервер, где эти данные по базе данных сопоставляются с координатами этих точек доступа, по которым и вычисляются координаты пользователя. К сожалению, координаты Wi-Fi точек точно не известны, плюс могут меняться (перенесли Wi-Fi точку в другое место или заменили её на другую – координаты уже оказываются неверными).
      Точность при таком подходе, является основным недостатком применения технологии Wi-Fi для indoor-навигации (погрешность составляет до 25 метров, а при использовании специально созданной Wi-Fi инфраструктуры – точность 3-5 метров, но это уже требует ощутимых затрат на создание и обслуживание подобной системы), да и идентифицировать клиентов по Wi-Fi, привязывая их расположение к карте помещений, проблематично – начиная с iOS 8, mac-адреса Apple-устройств (iPhone, iPad) постоянно меняются, для предотвращения «рекламной» слежки.
* Системы спутниковой навигации (GPS/Глонасс и т.д.) в связке с инерциальными навигационными системами (ИНС).
      Применимо, когда периодически появляется сигнал систем спутниковой навигации – например, проезд по тоннелю – когда въезжаем в тоннель, нам ещё доступны актуальные координаты и направление движения с GPS/Глонасс-спутников, далее при въезде в тоннель мы теряем сигнал, и используем уже инерциальную навигационную систем (ИНС, на базе акселерометра, гироскопа, магнитометра), которая использует в качестве начальных условий последние актуальные данные с GPS/Глонасс до потери связи со спутником и поддерживает их актуальность на основе получаемых с датчиков данных о текущей скорости/ускорении/направлении движения, до возобновления связи со спутниками. Стоит принимать во внимание, что в ИНС ошибки постоянно накапливаются, и со временем данные, полученные с ИНС, становятся все более и более отличными от действительности.
* Ориентирование по базовым станциям операторов сотовой связи (GSM).
      В зоне видимости сотового телефона / GSM-модема постоянно находятся как минимум одна базовая станция GSM, а обычно – несколько. Координаты расположения этих базовых станций – известны (благодаря многочисленным навигационным сервисам, например, «Яндекс.Навигатор» – приложение получает информацию о видимых вашим телефоном базовых станций и текущем вашем положении по GSM/Глонасс, и отправляет эти сведения в Яндекс, где на основе этих данных строится база соответствий «Базовая станция-координаты», к которой имеется свободный доступ через предоставляемое API). Отправляем в модем команду AT+CREG=2, в результате чего начинаем получать сообщения + CREG: с информацией о текущей подключенной базовой станции – LAC и CELLID (соответственно код зоны и идентификатор базовой станции). Отправив эти данные на один из специальных сервисов (предоставляемый Яндекс, Google и другими компаниями), получаем координаты этой базовой станции. Многие модемы позволяют получить список видимых базовых станций (БС) с указанием их LAC и CELLID – остаётся только через базы данных с координатами БС получить их координаты и методом триангуляции определить свое примерное местоположение.
      Минусы – невысокая точность (БС может быть удалена на расстоянии в 35 км от пользователя + некоторые БС являются мобильными и постоянно меняют свою дислокацию).
      Помимо рассмотренных выше методов навигации так же применяется, такие сложные способы навигации как:
* Геомагнитное позиционирование.
      Оно основано на ориентировании по магнитному полю Земли и базируется на геомагнитных аномалиях как критериях для геомагнитного позиционирования (аномалии возникают вследствие неоднородности геомагнитного поля). Заключается в фиксации геомагнитных аномалий и нанесении их на карту территории, на которой предполагается ориентироваться. В дальнейшем навигация производится по составленной карте устройством, в которое встроен магнитометр. Практический пример реализации – система IndoorAtlas команды учёных из финского университета Оулу. Недостаток – высокая сложность реализации, невысокая точность. В помещениях очень много динамически меняющихся магнитных аномалий (проводка, поле в которой меняется в зависимости от подключённой нагрузки и сильно меняет конфигурацию магнитного поля вокруг себя, посетители со своими радиоэлектронными устройствами, стеллажи, тележки), сильно усложняющих навигацию, основанную на указанном способе ориентировании в пространстве.
* Навигация, основанная на синергетическом эффекте.
Такой метод навигации решает задачу определения текущего местоположения, используя все (или большинство) из перечисленных выше способов. Эффективность достигается за счёт того, что мы используем сразу несколько векторов определения координат, что способствует компенсации ошибок и повышению точности определения координат. [2]
1.1. Bluetooth-маяки

      Поскольку для этой работы была выбрана навигация по Bluetooth-маячкам остановимся подробнее на рассмотрении этой технологии. 
      Beacons (маячки) в беспроводной технологии – это тип миниатюрных батарейных устройств для передачи информации малого объема. Информация может быть любой, начиная от параметров окружающей среды (температура, давление, влажность и так далее) или состоянии объекта (местоположение, ускорения, вибрации) до уведомлений о ценах и товарах в магазине.
      Геолокационные маяки взаимодействуют с мобильными устройствами по технологии Bluetooth Low Energy (BLE). Это четвертый стандарт Bluetooth, который разработала Nokia в 2006 году. Сначала ее назвали Wibree, потом — Bluetooth Smart, потом — Bluetooth Low Energy. Финальное название подчеркивает экономный расход энергии — до 100 раз меньше обычного Bluetooth, в 1000 раз меньше Wi-Fi.
      В 2013 году корпорация Apple выпустила на базе технологии BLE стандарт iBeacon и представила ее маркетинговые возможности широкой публике. В середине 2015 года Google выкатила открытый протокол для Bluetooth-маячков Eddystone, который работает и на iOS, и на Android. На рынке есть и другие альтернативы iBeacon, но решение Apple пока лидирует.
      Переданные данные, как правило, статические, но могут быть также динамическими и изменяться со временем. Маячки, использующие Bluetooth Low Energy, как правило, предназначены для работы в течение многих лет на одной батарее размером с монету. Рассмотрим, с чего начать реализацию решений на базе маячков, распространяющих информацию при помощи объявлений, то есть широковещательных рассылок по технологии Bluetooth Low Energy, которая также известна под маркетинговым именем Bluetooth Smart.
      Модуль Bluetooth Low Energy может работать в четырех различных режимах, при которых устройства ведут себя по-разному. Первые два режима основаны на процедуре «соединения», то есть на установлении непосредственной связи с другим конкретным устройством: 
* Периферийное устройство выполняет функцию объявителя, оно может устанавливать соединение и работать как ведомое устройство в случае соединения, например, термометр или монитор сердечного ритма;
* Центральное устройство сканирует объявителей и может инициировать соединение. Оно работает как ведущее устройство при одном или более соединениях, например, смартфоны и компьютеры. Это означает, что устройства, которые участвуют в процедуре соединения, могут работать как периферийные или центральные. 
      Два других режима используются в устройствах с однонаправленной передачей или приемом данных. Очевидные режимы для приложений маячка — это периферийное устройство и широковещательный передатчик. В этих режимах посылается один и тот же тип объявлений за исключением одного определенного флага внутри пакета, который указывает, является устройство соединяемым или не соединяемым. Периферийное устройство, которое реализует сервер GАТТ (архитектура для хранения информации и обмена ею между двумя или более устройствами), известно под маркетинговым названием “Bluetooth Smart”. Итак, название Bluetooth Smart указывает, что это устройство является соединяемым периферийным устройством, которое содержит данные и с которым центральное устройство может взаимодействовать.
      Технология Bluetooth Low Energy идеальна для маячков, потому что имеет низкое энергопотребление, присутствует в большинстве смартфонов или в других доступных на рынке устройствах Bluetooth Smart Ready. Низкое энергопотребление достигнуто за счет максимального уменьшения времени передачи и перехода в спящий режим между отправкой пакетов.
      Маяки, как правило, подразделяются на два основных типа: соединяемые и не соединяемые:
* Не соединяемый маячок – это устройство Bluetooth Low Energy в широковещательном режиме. Он просто передает информацию, которая хранится в его памяти. Поскольку в режиме не соединяемой передачи не активируется функция приема, достигается самое низкое возможное потребление энергии. Устройство просыпается, передает данные и возвращается в спящий режим. Недостаток такого устройства — передаются только те динамические данные, которые известны устройству, или данные, которые можно загрузить в маячок через проводной интерфейс, например, через последовательный вход UART, SPI или USB.
* Соединяемый маячок является устройством Bluetooth Low Energy в периферийном режиме. Такой маячок может не только передавать, но получать данные, что позволяет центральному устройству (например, смартфону) соединяться и взаимодействовать с сервисами, реализованными в маячке. Каждый сервис имеет один или более атрибутов, которые могут быть изменены подключенным к маячку устройством. Один из примеров такого атрибута – строка данных, которая представляет широковещательную информацию. Таким образом, можно иметь маячок с перестраиваемой конфигурацией, которая легко обновляется по эфиру.
      Рассмотрим плюсы и минусы работы с beacons-системами (Таб. 1.1):
      
Таблица 1.1
Плюсы и минусы работы с beacons-системами
Плюсы биконов
Минусы биконов
Легкая установка без проводов (маячки размером со спичечный коробок закрепляются на стенах или мебели)
Работает только с клиентами, заранее установившими приложение заведения
Один маячок стоит $10-30 (если нужно только уведомлять посетителя при входе, то хватит одного)
На смартфонах пользователей должен быть включен Bluetooth* 
Избавляет от затрат на печать листовок и купонов
Есть риск спама, что приведёт к отвращению лояльных клиентов
Батарейки хватает на срок до 2-3 лет (а некоторые биконы питаются от розетки или USB), а модуль Bluetooth 4.0 практически не разряжает батарею телефона
На iOS уведомления могут приходить с опозданием (если телефон лежит в кармане)
* - Bluetooth всегда работает лишь на 25-30% российских гаджетов — это пользователи умных часов, браслетов и гарнитур и смартфонов Apple новее Iphone 7

1.1.1. Формат данных

      Рассмотрим формат выдаваемых маячком данных. С заданной периодичностью, циклически, маячок выдает один и тот же набор данных, состоящий из нескольких частей, которые показаны Рисунке 1.1.


Рис. 1.1. Пакет данных Bluetooth Low Energy

      Преамбула — однобайтовое значение, используемое для синхронизации в приемнике. Для широковещательных пакетов она всегда равна 0xAA. Адрес доступа также фиксирован для широковещательных пакетов и установлен в 0x8E89BED6. Полезная нагрузка пакета состоит из заголовка и, собственно, полезной нагрузки. Заголовок описывает тип пакета, а тип PDU определяет назначение устройства. Для широковещательных приложений есть три различных типа PDU (Таблица 1.2). ADV_IND и ADV_NONCONN_IND были описаны ранее (как соединяемый и не соединяемый), в то время как ADV_SCAN_IND – не соединяемый широковещательный передатчик, который может предоставить дополнительную информацию в ответ на сканирование.
      
Таблица 1.2.
Типы PDU-объявлений для широковещательных данных
Тип PDU
Название пакета
Описание
0
ADV_IND
Событие соединяемого ненаправленного объявления
10
ADV_NONCONN_IND
Событие несоединяемого ненаправленного объявления
110
ADV_SCAN_IND
Событие сканируемого ненаправленного объявления

Бит TxAdd указывает, является ли адрес объявителя (содержащийся в полезной нагрузке) публичным (TxAdd = 0) или случайным (TxAdd = 1). RxAdd зарезервирован для других типов пакетов, не рассматриваемых в данной статье, поскольку они не применяются к маячкам.
      Последняя часть передаваемого пакета – циклический избыточный код (CRC). Циклический контроль избыточности – код с обнаружением ошибок, используемый для проверки целостности пакета от нежелательных изменений, как правило, вследствие помех в эфире. Это гарантирует целостность данных всех переданных по эфиру пакетов.
      Полезная нагрузка пакета включает адрес объявителя наряду с определяемыми пользователем данными, включаемыми в пакет объявления, как показано на Рисунке 1.2. Эти поля представляют собой широковещательный адрес маячков и данные.


Рис. 1.2. Широковещательные данные Bluetooth Low Energy


1.1.2. Адрес устройства

      Широковещательный адрес может быть или публичным, или случайным. Публичный адрес, в соответствии со стандартом IEEE 802-2001 используется как уникальный идентификатор организации (OUI), полученный из центра регистрации IEEE. Компания Texas Instruments обеспечивает адреса IEEE для всех устройств Bluetooth Smart [5]. Случайные адреса могут быть непосредственно сгенерированы маячком и бывают трех различных типов (Рисунок 1.3): статический, неразрешимый частный и разрешимый частный. Статический адрес не разрешается менять, пока устройство не перезагрузится. Частный адрес может меняться со временем, а разрешимый адрес может использоваться, чтобы получить истинный адрес. Неразрешимый адрес также может измениться со временем, в этом его отличие от статического адреса. Случайный адрес — средство обеспечения секретности, которое предотвращает слежение за устройством. Есть определенные правила генерации случайных адресов, подробности можно найти в базовой спецификации [6].
      

Рис. 1.3. Типы адресов маячка


1.1.3. Интервал объявления

      Маячок обеспечивает низкое энергопотребление, по преимуществу находясь в бездействии и просыпаясь только на короткие периоды для передачи данных. Время между этими событиями вещания называется интервалом объявлений (Рисунок 1.4). Для не соединяемых маячков интервал не может быть меньше 100 мс, а для соединяемых маячков – меньше 20 мс. К этому интервалу добавляется псевдослучайная задержка 0…10 мс, это гарантирует, что маячки могут работать совместно, даже если они начали передачу в одно и то же время.
      

Рис. 1.4. Интервал объявлений

      Интервал объявлений выбирается на основе компромисса между потребляемой мощностью и временем ожидания. Больший интервал позволяет проводить в режиме ожидания больше времени, но при этом также увеличивается период ожидания наблюдателем получения широковещательного пакета.
      Наблюдатель обычно выполняет сканирование с длительностью циклов менее 100%, чтобы снизить потребление энергии или предоставить другим беспроводным протоколам время для работы. Хороший пример — смартфоны, у которых в большинстве случаев есть один общий чип для Bluetooth и Wi-Fi. Если наушники соединены через классический Bluetooth, а через Wi-Fi поддерживается связь с точкой доступа, то сканирование Bluetooth Low Energy будет, вероятно, производиться лишь на коротких интервалах работы. Временные интервалы доступа к эфиру на этом устройстве разделены между несколькими 2,4-гигагерцевыми протоколами.
      Наблюдатель может сканировать в пассивном или активном режиме. Если будет использоваться активный режим и маячок его поддерживает, то посылается команда «Scan Request», на которую маячок должен выдать «Scan Response». Запрос – это пустой пакет (нет никаких данных), тогда как ответ – это, как правило, статическая информация, например, название или модель устройства. Ответ полностью определяется самим устройством. Таким образом, это могут быть данные с каких-либо датчиков или любая другая полезная информация. Когда наблюдатель сканирует в пассивном режиме, он не будет посылать запрос сканирования.

1.1.4. Питание маячков

      Маячок может получать энергию несколькими путями. Есть три различных основных способа (рисунок 1.5):


Рис. 1.5. Варианты питания

* источник питания постоянной доступности (USB, электросеть и так далее);
* батарейки (CR2032, AAA, литиевая и так далее);
* сбор энергии – солнечной, кинетической и тому подобное (energy harvesting).

      Как правило, сначала выбирают батарейки, времени жизни которых достаточно для большинства приложений, и которые позволяют выпускать небольшие и бюджетные продукты. Можно также использовать перезаряжаемые аккумуляторы, причем в некоторых приложениях – вместе с беспроводной зарядкой. Выбор типа батарейки важен, потому что некоторые батарейки могут плохо работать в режиме отдачи максимального тока. Емкость батарейки выбирается на основе того, как часто необходима передача и требуется ли дальнейшая обработка (чтение датчика, алгоритмы обработки полученных данных и так далее). Взаимодействие с датчиком обычно подразумевает последовательную передачу данных с использованием интерфейсов UART, SPI или I2C, что требует дополнительной энергии, которая может оказаться даже больше, чем при выполнении радиообмена по протоколам Bluetooth Low Energy.
      Если устройство питается от источника постоянного тока, то предполагается, что потребляемая мощность не является критическим параметром. А если этот параметр все-таки критичен, используются те же требования к проекту, что и для работающего от аккумулятора устройства.
      Сбор энергии реализуется чаще для беспроводных проектов с низким энергопотреблением, и маячок может быть оснащен источником сбора энергии. Механическое давление и солнечная энергия — самые известные источники. Даже свет в помещении может использоваться для питания маячка. [6]
      
1.2. 	Apple iBeacon

      Термин iBeacon и Beacon часто используются как синонимы. iBeacon - это название стандарта технологии от Apple. Технология позволяет мобильным приложениям (работает также и на устройствах Android) слушать сигналы радиомаяков из реального мира и каким-либо образом реагировать на них. В сущности технология iBeacon позволяет использовать микролокацию внутри зданий и магазинов. Основой технологии является Bluetooth Low Energy (BLE).
      Маячки Apple вещают каждые 100 мс. Частое вещание сокращает срок службы батарейки, но позволяет смартфонам быстрее откликаться на сообщения. Здесь стоит заметить, что смартфон в рамках сохранения энергии сканирует BLE не постоянно, а по своим правилам. По стандарту BLE маячки могут передавать сигнал на расстоянии до 100 метров, на практике же  удалось добиться оптимального соотношения расстояние/мощность в 20 метров и предполагаемый срок службы батареи 1 год.

      Со внедрением iBeacon, Apple вводит стандарт протокола передачи BLE, в соответствии с которым, пакет данных состоит из четырех основных частей (рисунок 1.6): 


Рис 1.6. Протокол iBeacon

* 4c000215 – Преамбула (4 байта) – префикс пакета, позволяющий установить, что перед нами именно Beacon-маячок. Всегда равен 4c000215. Преамбула состоит из 4х полей: идентификатор компании (2 байта, здесь 4с00), тип (1 байт, здесь 0x02) и длинна данных (1 байт, значение – 0x15).
* ebefd08370a247c89837e7b5634df525 – Proximity UUID (16 байт) – Идентификатор группы Beacon-маяков (например, если несколько комнат, в которых нужно разместить маяки одного помещения/музея, вся группа будет иметь один и тот же UUID, назначенный нами же, это позволит отличать наши маяки от каких-то других).
* 0001 – Мажор (2 байта) – позволяет различить небольшой набор маяков внутри одной группы. То есть внутри одной большой группы, идентифицируемой UUID, у нас может быть несколько подгрупп, каждая из которых идентифицируется по номеру мажора (например, каждой комнате можно присвоить свой номер мажора).
* 0035 – Минор – номер, идентифицирующий сам маяк внутри мажора. Связка uuid+мажор+минор позволяет однозначно идентифицировать маяк.
* be – TX Power - мощность передатчика (2 байта) – эталонное значение мощности маяка, сила сигнала. Используется, как раз, для определения расстояния до маяка (0xBE – это 190 в десятичной системе счисления. Тогда эталонная сила сигнала на расстоянии 1 м. 256-190 = 66 dBm). [15]
      Общая структура Bluetooth-пакета имеет следующую схему (рисунок 1.7):
      

Рис 1.7. Схема Bluetooth-пакета

1.2.1. Применение iBeacon

      Все разработки решений на базе iBeacon делятся на 2 типа: подвижные и стационарные и реализуют такие функции, как:
* навигация,
* отслеживание перемещений (товаров, сотрудников),
* контрольно-пропускные действия,
* реклама.
      Маячки заставляют пользователя взаимодействовать с внешним физическим миром с помощью мобильных устройств. На этом основании они относятся к технологиям интернета вещей (IoT).
      С другой стороны, beacon-устройства представляют собой частный случай indoor-навигации — геолокации внутри зданий, где плохо работает традиционная спутниковая система навигации. К 2020 году мировой рынок indoor-навигации составит $10 млрд.
      Indoor-навигация, в свою очередь, входит в огромный рынок Location-based services (LBS) — сервисов, основанных на понимании местоположения пользователей (карты, погода, игры, знакомства). В 2015 году глобальный рынок LBS составлял $11,4 млрд, а к 2020 году вырастет до $55 млрд.

      Рынок маячков делится на производителей передатчиков (BlueCats, BlueSense, Estimote, Gelo, Glimworm, Gimbal, Kontakt, Sensorberg, Sonic Notify и др.) и разработчиков приложений (Local Social, Indoor Atlas, Localytics, Urban Airship и др).
      Российский рынок геоконтекстной рекламы и indoor-навигации только-только начинает развиваться. Как правило, это разработчики мобильных приложений, которые предлагают заведениям установку биконов как дополнительную опцию к приложению для лояльных клиентов. [7]

1.2.2. Российские beacon-сервисы

      Notissimus — студия мобильной разработки. Она активно внедряет iBeacon в свои сервисы — дейтинг для знакомств в заведениях Tusam, геолокационную программу лояльности Letmeget.ru, товарный агрегатор Tapki.com (сообщает о скидках в привязке к расположению пользователя). Notissimus развернула систему BLE-маячков в сети магазинов Love Republic и сети Obuv.com, а сейчас устанавливает биконы для кофеен Coffeeshop Company. Один радиопередатчик стоит около 3 тысяч рублей, разработка фирменного приложения — от 300 до 350 тысяч рублей.
      Beaconka — проект компании Complex Systems. В сентябре она напополам с Фондом Бортника вложила в него 9 млн рублей. Платформа предназначена для офлайн-магазинов. Она позволяет распознавать клиентов, отслеживать их действия, отправлять им персонализированные предложения, а в перспективе — считать покупателей и производить бесконтактные платежи. Разворачивание beacon-системы (два маячка и приложение) будет стоить клиенту от 70 до 270 тысяч рублей в зависимости от пакета услуг. Первый клиент компании — магазин «Зеленая околица» из подмосковного Раменского. Beaconka разработала для него приложения с программой лояльности и скоро собирается установить в магазине маячки.
      Getsy — пожалуй, самый медийный отечественный проект в сфере биконов. Себастьян Блан, Фил Дробышев и Максим Перцовский запустили этот стартап в 2013 году. Сначала он развивался как мобильная программа лояльности (получив на это дело $150 тысяч от фонда IMI.VC), потом переключился на маячки. В 2014 году он установил 10 биконов в книжном магазине «Республика» на Тверской, в 2015 году — медиагид и 20 маячков в Мультимедиа Арт Музее Москвы (МАММ). Также Getsy пробовал сотрудничать с НП «ГЛОНАСС» — демонстрировал на его стенде возможности маячков в городской среде. Сейчас технологии Getsy развивает студия мобильной разработки Phobos.
      Ru-Beacon — проект компании Empatika. В 2013 году она победила на хакатоне PayPal, разработав приложение для сбора пожертвований с помощью биконов. Призовые $100 тысяч пошли на перестройку сервиса под b2b. Технологию iBeacon поддерживают известные приложения Empatika — App in the air (оно ориентирует по маячкам в семи американских аэропортах), CityGuru и Restagram. Компания запускала пилотные проекты с сетью Starbucks Russia, образовательным центром «Цифровой октябрь» и с разработчиком ресторанного софта IIKO, а также внедряла систему маячков в екатеринбургском аэропорту.
Navigine разрабатывает точные геолокационные сервисы для навигации внутри помещений, геомаркетинга и аналитики перемещений людей и предметов. В приложении пользователь видит свое местоположение с точностью 1-2 метра и может строить маршруты — прямо как в Google Maps. Компания развернула систему точной навигации на базе 20 маячков в главном здании МГУ, на форумах «Навитех 2014» (в партнерстве с компанией Getsy) и SAP Forum 2015, реализовала пилотные проекты в Шереметьево, аэропорту Дубая и Московском метрополитене. Navigine работает с iBeacon, Wi-Fi и другими технологиями indoor-навигации. В 2014 году компания привлекла $200 тысяч от Starta Capital, в 2015 году — еще $200 тысяч от AYR Ventures. [10]

При помощи данной технологии было реализовано приложение Шереметьево-online для навигации в рамках московского аэропорта. 


1.3. 	Near Field Communications 

      Английская аббревиатура NFC расшифро.......................