Bluetooth 低エネルギービーコン

Bluetooth ビーコンはハードウェアトランスミッターで、近くのポータブル電子デバイスに識別子をブロードキャストするBluetooth Low Energy (LE) デバイスの一種です。このテクノロジーにより、スマートフォン、タブレット、その他のデバイスはビーコンの近くにあるときにアクションを実行できます。

BluetoothビーコンはBluetooth Low Energy近接センサーを使用して、互換性のあるアプリまたはオペレーティングシステムによって取得されたユニバーサルユニーク識別子^[1]を送信します。識別子とそれとともに送信されるいくつかのバイトを使用して、デバイスの物理的な場所を特定したり、 ^[2]顧客を追跡したり、ソーシャルメディアへのチェックインやプッシュ通知などのデバイス上の位置ベースのアクションをトリガーしたりできます。

1 つのアプリケーションは、店舗、バス停、部屋、または家具や自動販売機などのより具体的な場所など、特定の関心地点でメッセージを配信することです。これは、以前使用されていたGPSに基づく geopush テクノロジに似ていますが、バッテリー寿命への影響が大幅に軽減され、精度が大幅に向上しています。

もう一つの用途は屋内測位システム^[3]^[4]^[5]で、スマートフォンがおおよその位置や状況を判断するのに役立ちます。Bluetoothビーコンの助けを借りて、スマートフォンのソフトウェアは店内のBluetoothビーコンに対する相対的な位置を大まかに見つけることができます。実店舗ではビーコンをモバイルコマースに使用し、モバイルマーケティングを通じて顧客に特別な取引を提供し、^[6]POSシステムを通じてモバイル決済を可能にします。

Bluetooth ビーコンは、ブロードキャストデバイス (ビーコン) が受信側のスマートフォンまたは受信デバイスへの一方向の送信機に過ぎず、ビーコンとやり取りするにはデバイスに特定のアプリをインストールする必要がある点で、他の位置情報ベースのテクノロジーとは異なります。したがって、ユーザーを追跡できるのは Bluetooth ビーコン送信機ではなく、インストールされたアプリのみです。

Bluetoothビーコン送信機には、小型コイン型電池デバイス、USBスティック、汎用Bluetooth 4.0対応USBドングルなど、さまざまなフォームファクタがあります。^[7]

歴史と発展

後に Bluetooth と名付けられる「ショートリンク」無線技術の開発は、1989 年にエリクソンモバイルの CTO である Nils Rydbeck 博士と Johan Ullman 博士によって開始されました。Johan Ullmanによる2 つの発明、1989 年 6 月 12 日発行の SE 8902098–6 と 1992 年 7 月 24 日発行の SE 9202239 によれば、その目的はワイヤレスヘッドセットを開発することでした。Bluetooth 規格は作成以来、さまざまな機能を追加しながら多くの世代を経てきました。Bluetooth 1.2 では、最大 ≈700 kbit/s の高速化が可能になりました。Bluetooth 2.0 では、これが改善され、最大 3 Mbit/s の速度になりました。Bluetooth 2.1 では、デバイスのペアリング速度とセキュリティが改善されました。Bluetooth 3.0 では、転送速度がさらに改善され、最大 24 Mbit/s になりました。2010 年には、消費電力の削減を主な目的とした Bluetooth 4.0 (Low Energy) がリリースされました。 Bluetooth 4.0 より前は、Bluetooth を使用した接続の大部分は双方向で、両方のデバイスが互いに聞き取り、通信していました。Bluetooth 4.0 でもこの双方向通信は可能ですが、片方向通信も可能です。この片方向通信では、Bluetooth デバイスは情報を送信できますが、聞き取ることはできません。これらの片方向「ビーコン」は、以前の Bluetooth デバイスのようにペアリングされた接続を必要としないため、新しい便利な用途があります。

デザイン

電池駆動

Bluetooth ビーコンは Bluetooth 4.0 Low Energy 規格を使用して動作するため、バッテリー駆動のデバイスも可能です。デバイスのバッテリー寿命はメーカーによって異なります。Bluetooth LE プロトコルは Bluetooth Classic よりも大幅に電力効率に優れています。Texas Instruments ^[8]やNordic Semiconductorなど、いくつかのチップセットメーカーが現在、iBeacon 用に最適化されたチップセットを供給しています。消費電力は、広告間隔と送信電力の iBeacon 構成パラメータによって異なります。バッテリー寿命は 1～48 か月です。Apple が推奨するコイン型電池での広告間隔 100 ミリ秒の設定では、1～3 か月の寿命が確保されますが、広告間隔を 900 ミリ秒に増やすと 2～3 年に延びます。^[9]

携帯電話のバッテリー消費は、ビーコン対応アプリを導入する際に考慮しなければならない要素です。最近のレポートによると、古い携帯電話はiBeaconの近くではバッテリーを多く消費する傾向がありますが、新しい携帯電話は同じ環境でもより効率的に使用できることが示されています。^[10]携帯電話のスキャンにかかる時間に加えて、スキャンの回数と近くのビーコンの数もバッテリー消耗の重要な要因です。

エネルギー効率の高い iBeacon アプリケーションでは、アプリの応答性とバッテリー消費のバランスを適切に取るために、これらの側面を考慮する必要があります。

USB電源

Bluetooth ビーコンは、USB ドングルの形でも提供されます。これらの小型 USB ビーコンは標準の USB ポートから電源を供給できるため、長期間の常設設置に最適です。

用途

Bluetooth ビーコンは、ユニバーサルユニーク識別子 (UUID) を含む情報パケットの送信に使用できます。この UUID は、そのビーコンに固有のイベントをトリガーするために使用されます。Apple の iBeacon の場合、UUID はユーザーデバイス上のアプリによって認識され、イベントがトリガーされます。このイベントはアプリ開発者によって完全にカスタマイズできますが、広告の場合、イベントは広告付きのプッシュ通知になる可能性があります。ただし、UID ベースのシステムでは、ユーザーデバイスはビーコン UUID を理解できるオンラインサーバーに接続する必要があります。UUID がサーバーに送信されると、適切なメッセージアクションがユーザーデバイスに送信されます。

ビーコンを使った他の広告方法も可能で、URIBeaconとGoogleのEddystoneは、iBeacons UIDとは異なり、認識に外部サーバーを必要としないURI送信モードを可能にします。URIビーコンは、Webページへのリンクとなる可能性のあるURIを送信し、ユーザーはそのURIを携帯電話で直接見ることができます。^[11]

通知とインタラクション

ビーコンは美術館の芸術作品と関連付けることができ、さらなるインタラクションを促すことができます。たとえば、ユーザーが特定の芸術作品の近くにいるときに、ユーザーのモバイルデバイスに通知を送信できます。ユーザーに通知を送信することで、ユーザーは近くにある芸術作品について警告され、ユーザーがさらに興味を示した場合は、遭遇した芸術作品と対話するための特定のアプリをインストールできます。^[12] 一般に、ビーコンがiBeaconプロトコルを使用する場合、モバイルデバイスがビーコンと対話するにはネイティブアプリが必要です。一方、Eddystoneが採用されている場合、ユーザーはEddystoneによってブロードキャストされる物理的なWeb URLを通じて芸術作品と対話できます。

屋内ナビゲーション

ビーコンを使用した屋内測位は、3 つのカテゴリに分類されます。部屋ごとに多数のビーコンを使用する実装、部屋ごとに 1 つのビーコンを使用する実装、建物ごとに少数のビーコンを使用する実装です。Bluetooth を使用した屋内ナビゲーションはまだ初期段階ですが、実用的なソリューションを見つけるための試みが行われています。

部屋ごとに多数のビーコン

部屋ごとに複数のビーコンがあれば、三辺測量を使用してユーザーの位置を約2メートル以内で推定できます。^[13] Bluetoothビーコンは、他のデータに加えて受信信号強度インジケータ（RSSI）値を送信できます。このRSSI値は、ビーコンの製造元によって、既知の距離（通常1メートル）でのビーコンの信号強度になるように調整されます。ビーコンの既知の出力信号強度と受信デバイスによって観測された信号強度を使用して、ビーコンとデバイス間の距離を概算できます。ただし、この近似値はあまり信頼性が高くないため、より正確な位置追跡には他の方法が好まれます。2010年のリリース以来、Bluetoothビーコンを使用して追跡する多くの研究が行われています。追跡用のRSSI値を組み合わせる最良の方法を見つけるために、いくつかの方法がテストされてきました。ニューラルネットワークは、推定の誤差を減らす良い方法として提案されています。^[13]スティグマージックアプローチもテストされており、この方法は強度マップを使用してユーザーの位置を推定します。^[14] Bluetooth LE仕様5.1では、複数のビーコンを使用して位置を決定するためのさらに正確な方法が追加されました。

部屋ごとにビーコン1つ

部屋ごとにビーコンが 1 つだけあれば、ユーザーは自分の部屋の位置と建物内のすべての部屋の仮想マップを組み合わせて、建物内を移動することができます。多くの部屋がある建物では、ナビゲーションに異なるビーコン構成が必要になる場合があります。各部屋にビーコンが 1 つあれば、ユーザーはアプリを使用して自分がどの部屋にいるかを知ることができ、簡単な最短経路アルゴリズムを使用して、探している部屋までの最適なルートを提供できます。この構成には建物のデジタルマップが必要ですが、このマップの作成を容易にする試みがなされています。^[15]

建物あたりのビーコン数が少ない

ビーコンは歩行者推測航法技術と組み合わせて使用して、広いオープンスペースにチェックポイントを追加することができます。^[16] PDRは、既知の最後の位置と、ユーザーが提供する方向と速度の情報を組み合わせて、人の位置を推定します。この技術は、人が建物内を歩いているときの位置を推定するために使用できます。Bluetoothビーコンをチェックポイントとして使用することで、ユーザーの位置を再計算してエラーを減らすことができます。このようにして、いくつかのBluetoothビーコンを使用して、ショッピングモールのような広いエリアをカバーできます。

健康管理

Bluetoothビーコンのデバイス追跡機能を使用すると、在宅患者モニタリングが可能になります。Bluetoothビーコンを使用すると、自宅での人の動きや活動を追跡できます。^[17] Bluetoothビーコンはプライバシーレベルが高いため、屋内カメラの優れた代替品です。さらに、Bluetoothビーコンは病院やその他の職場で労働者が特定の基準を満たしていることを確認するために使用できます。たとえば、病院の手指消毒剤ディスペンサーにビーコンを配置すると、従業員がステーションを定期的に使用していることを確認するのに役立ちます。

トラッカー

ビーコンの用途の 1 つは、「キーファインダー」としての使用です。この場合、ビーコンをキーホルダーなどに取り付け、スマートフォンアプリを使用して、デバイスが最後に範囲内に入った時刻を追跡できます。

同様の用途としては、ペット、物体（荷物など）、人物の追跡があります。BLEの精度と範囲はGPSに匹敵しませんが、ビーコンは大幅に安価です。正確な位置検出ではなく近接検出に基づいた、商用および無料のソリューションがいくつか存在します。たとえば、ニベアは2014年にブラジルで「子供追跡」キャンペーンを開始しました。^[18]

ビーコンプロトコル

アイビーコン

2013 年半ば、Apple はiBeacon を導入し、専門家は、支払いを簡素化し、店頭でのオファーを可能にすることで小売業界を支援するように設計されていると書いています。2013 年 12 月 6 日、Apple は米国の 254 の小売店で iBeacon を有効化しました。^[19]マクドナルドは、ファストフード店で消費者に特別なオファーを提供するためにこのデバイスを使用しています。^[6] 2014 年 5 月現在、さまざまなハードウェア iBeacon が、1 台あたり 5 ドルから 30 ドル以上で購入できます。^[20]これらのさまざまな iBeacon にはそれぞれ、デフォルトの送信電力と iBeacon 広告周波数のデフォルト設定が異なります。一部のハードウェア iBeacon は 1 Hz という低速で広告しますが、他の iBeacon は 10 Hz という高速です。^[21]

アルトビーコン

AltBeaconはRadius Networksが開発したiBeaconのオープンソース代替品です。^[22]

URIビーコン

URIBeaconは、識別子をブロードキャストするのではなく、すぐに理解できるURLを送信するという点で、iBeaconやAltBeaconとは異なります。^[22]

エディストーン

Eddystone は、 Google の Bluetooth ビーコン標準です。Eddystone-UID、Eddystone-URL、Eddystone-TLM の 3 種類のパケットをサポートしています。^[11] Eddystone-UID は Apple の iBeacon と非常によく似た機能ですが、Eddystone-TLM による追加のテレメトリデータをサポートしています。テレメトリ情報は UID データとともに送信されます。利用可能なビーコン情報には、バッテリー電圧、ビーコン温度、前回の起動以降に送信されたパケット数、ビーコンの稼働時間などがあります。^[11] Google は Eddystone プロトコルを使用して、現在は廃止されている^[23] Google Nearby を構築し、Android ユーザーがアプリなしでビーコン通知を受信できるようにしました。

類似技術

近距離無線通信(NFC)環境は非常に異なり、重複しないアプリケーションが多数ありますが、それでも iBeacon と比較されます。

NFC の範囲は最大 20 cm (7.87 インチ) ですが、最適な範囲は 4 cm (1.57 インチ) 未満です。iBeacon の範囲は大幅に広くなります。
NFC はパッシブまたはアクティブのいずれかです。パッシブモードを使用する場合、電力はリーダーデバイスから送信されます。Passif ( Apple 社が買収) はエネルギー消費の削減に取り組んできましたが、現時点では iBeacon タグ内にはまだバッテリーパックが必要です。
ほとんどのAndroidスマートデバイスは、Bluetooth 4.0 LEとNFCの両方をサポートしています。^[24] 2014年9月19日、AppleはiPhone 6とiPhone 6 plusもリリースしました。NFC標準をサポートしていますが、支払いのみに限定されています^。[25]

参照

参考文献

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