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Introduzione alla tecnologia iBeacon

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Queste slide introducono la tecnologia iBeacon, partendo dai fondamenti di Bluetooth Low Energy, con un approfondimento sull'implementazione di un beacon scanner su Android. Presentate a Codemotion 2015 ROMA.

Published in: Technology

Introduzione alla tecnologia iBeacon

  1. 1. Stefano Sanna Introduzione alla tecnologia iBeacon Open Reply ROME 27-28 marzo 2015
  2. 2. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Presentazioni Localizzazioni e prossimità Bluetooth Low Energy in due slide iBeacon in due slide iBeacon nel dettaglio Hands-on con Android Referenze e conclusioni Agenda Bluetooth Low Energy device 
 by Nordic Semiconductor
  3. 3. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Manager @
 Passionate mobile developer since 1999 It all began with a Psion 5MX… Technical writer Android Programmazione Avanzata Java Micro Edition “network programming”
 
 
 Loyal JIPDay/JavaDay/Codemotion speaker! Speaker 2013201320122005 2006 2007 2009 2010
  4. 4. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] iBeacons è una tecnologia proprietaria sviluppata da Apple, le cui specifiche sono coperte da accordi di riservatezza con terze parti che producono dispositivi compatibili Questa presentazione non è basata su reverse-engineering di componenti software proprietari di Apple né sull’attacco a componenti cifrate, ma sull’analisi dei pacchetti in chiaro trasmessi dai beacon stessi Le informazioni contenute in questa presentazione hanno puro scopo divulgativo e non sono da considerarsi un riferimento tecnico alla specifica di Apple. Si invita il lettore a contattare per eventuali partnership: Becoming a Licensee - Get access to resources for developing or manufacturing hardware that integrates iBeacon technology using the iBeacon Proximity Specification. As a Licensee, you’ll receive: iBeacon Logo and Identity Guidelines, iBeacon technical specifications, Hardware technical support. To become an iBeacon Licensee you will need to create or register a business Apple ID, submit an enrollment form, complete a credit review, and execute an iBeacon License. Proprietà intellettuale e licenze https://developer.apple.com/ibeacon/ Logo ufficiale iBeacons, il cui utilizzo è concesso esclusivamente licenziatari della tecnologia.
  5. 5. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] • •
  6. 6. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Location & Proximity • Geofence Region
  7. 7. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] WiFi Nasce per essere tutt’altro che a corto raggio! Alta velocità, alti consumi
 Bluetooth Classic Inefficace in ambienti affollati (di device) Tempi di scansione inadeguati (sino a 15-20s)
 Infrared Oltre che obsoleto, funziona solo con ricezione a vista (letteralmente)
 NFC + Accelerometro/Giroscopio Affascinante, ma difficile attuazione Localizzazione a corto raggio e prossimità
  8. 8. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] WWDC 2013, lancio di iOS7 “iBeacons for Bluetooth LE micro location” (Craig Federighi)
  9. 9. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Accelerazione Fonte: Google Trends per “Bluetooth Low Energy” WWDC 2013
  10. 10. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Specializzazione a basso consumo del Bluetooth Fa parte della specifica Bluetooth 4.0 (e successive) Utilizza parte dello stack di Bluetooth Classic Richiede hardware dedicato (non basta update software) Definisce due ruoli (central vs peripheral) non interscambiabili Caratteristiche comunicazione ridottissima complessità bassa velocità corto raggio bassa potenza … al fine di avere consumi irrisori e dimensioni minuscole Bluetooth Low Energy in due slide
  11. 11. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Bluetooth Classic Il dispositivo che effettua la scansione (inquirer) invia un messaggio broadcast per rilevare i dispositivi limitrofi Se configurati come “visibili”, i dispositivi prossimi rispondono con un messaggio di presenza in un tempo variabile L’intero processo può richiedere molti secondi In caso di sovraffollamento, il processo fallisce (senza errori!) Bluetooth Low Energy Se configurati come “visibili”, i dispositivi (peripheral) emettono spontaneamente un messaggio periodico di advertising Il pacchetto di advertising può contenere informazioni utili, evitando connessioni superflue La scansione avviene in pochi secondi e il sovraffollamento è
 gestito correttamente Discovery e advertising
  12. 12. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Un iBeacon è un device BLE Peripheral che emette periodicamente un pacchetto di advertising contenente, su campo custom (Manufacturer Specific), un identificativo (UUID) e due variabili (major e minor) Un valore indica il livello di segnale ad un metro di distanza: il ricevente, confrontando il livello di segnale ricevuto e quello dichiarato dal beacon, è in grado di stimare la distanza (immediate, near, far) L’app resta dormiente finché l’utente non entra nella regione di un beacon, ovvero un apposito servizio (di sistema o custom) rileva il beacon con UUID desiderato, risvegliandola e attirando l’attenzione dell’utente iBeacon in due slide
  13. 13. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Caso d’uso tipico
  14. 14. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Regioni • • immediate near far
  15. 15. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Il payload del pacchetto di advertising in BLE Field 1 Field 2 Field n Field N… 31 byte (max 2 pacchetti) Field n Lunghezza (1 byte) ID Campo (1 byte) Payload …
  16. 16. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Il field “Manufacturer Specific” di un iBeacon 0x1A (26 byte) 0xFF (Man. Spec.) 0x4C00 (Man ID: Apple 0x004C, little endian) 0x02 (beacon?) 0x15 (length?) UUID UUID UUID UUID UUID UUID UUID UUID UUID UUID UUID UUID UUID UUID UUID UUID Major Minor Power
  17. 17. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] UUID diversi indicano servizi/provider diversi Dato un UUID, il Major indica la classe di appartenenza del beacon Dati UUID e Major, il Minor indica lo specifico beacon all’interno di una classe UUID, Major, Minor
  18. 18. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] UUID, Major e Minor Policlinico Umberto I Policlinico Gemelli Bambin Gesù UUID 02FF12CC.. 23 02FF12CC.. 23 02FF12CC.. 23 Major 1 2 3 Minor Pronto soccorso 45 45 45 Pediatria 46 46 46 Ortopedia 47 47 47
  19. 19. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Chip compatibile Bluetooth 4.0 peripheral Più diffusi: Texas Instruments, Nordic Semiconductor, Broadcom Spesso con funzionalità di microcontrollore Antenna miniaturizzata su PCB Batteria a bottone integrata Programmazione Via BLE (agendo su Characteristic apposite) Via USB Installazione “a muro” o “a soffitto” Solitamente sono autoalimentati Muri, strutture e arredi determinano la morfologia della regione Anatomia di un beacon Bluetooth Low Energy device 
 by Nordic Semiconductor
  20. 20. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Estimote Pionieri nella produzione di beacon particolarmente 
 accattivanti nel design e potenti per tool e SDK Tra i primi certificati Apple, hanno recentemente lanciato i microscopici “stickers” da attaccare a singoli oggetti. Kontact Meno curati come design, risultano più affidabili 
 e di più facile manutenzione Le recenti estensioni “cloud beacon” consentono 
 la programmazione remota. Attualmente certificati Apple “Senza infamia, senza lode” su eBay È sufficiente cercare “iBeacon” per trovare soluzioni molto
 economiche per iniziare la sperimentazione Prodotti commerciali
  21. 21. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] iOS È la piattaforma di riferimento: API e doc standard da iOS 7 https://developer.apple.com/ibeacon/
 Android Dipende dal supporto BLE, introdotto in Android 4.3 Meglio lavorare direttamente su Lollipop (potendo scegliere) Sviluppo custom o con librerie di terze parti
 Windows Il supporto BLE completo arriverà su Windows 10 Linux Bluetooth Low Energy supportato da Bluez 5.1 in poi BLE & iBeacon per sistema operativo
  22. 22. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] È sufficiente una installazione di Linux “piccola a piacere” (compresi Arduino Yun o Raspbian su Raspberry PI) per farsi un iBeacon in casa iBeacon “fai da te” hciconfig hci0 up hciconfig hci0 leadv 3 hcitool -i hci0 cmd 0x08 0x0008 1e 02 01 1a 1a ff 4c 00 02 15 UUID MAJOR MINOR POWER HCI_LE_Set_Advertising_Data HCI_LE_Set_Advertising_Data seguono 30 byte hcitool -i hci0 cmd 0x08 0x0008 1e 02 01 1a 1a ff 4c 00 02 15 76 6f 72 72 65 69 75 6e 61 70 6f 72 73 63 68 65 00 00 00 00 c5
  23. 23. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Hardware Solo dispositivi con chipset Bluetooth 4.0 API Android 4.2.x solo con librerie proprietarie (Samsung, HTC, Broadcom…) API standard a partire da Android 4.3 API standard “affidabile” da KitKat API standard “completa” da Lollipop Esistono diverse librerie ed SDK open, ma vale la pena sperimentare! Variabilità Il comportamento dipende davvero dal dispositivo (povero Nexus 5!) iBeacon su Android
  24. 24. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Tipica architettura su Android
  25. 25. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Scansione BLE su KitKat BluetoothManager manager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE); adapter = manager.getAdapter(); boolean started = adapter.startLeScan(mLeScanCallback); BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback() { @Override public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi, final byte[] scanRecord) { // trovato un qualsiasi device BLE } }; La callback è invocata per qualsiasi tipo di device BLE trovato Occorre decodificare lo scanRecord per capire di che oggetto
 si tratti (beacon, wearable, gadget…)
  26. 26. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] È possibile restringere la ricerca ai soli device con un certo Manufacturer ID È consentito indicare una maschera per il payload Scansione BLE su Lollipop final int MANUFACTURER_ID = 0x004c; byte[] MAN_DATA = new byte[]{0x02, 0x15, 0x76, 0x6f, 0x72, 0x72, 0x65, 0x69, 0x75, 0x6e, 0x61, 0x70, 0x6f, 0x72, 0x73, 0x63, 0x68, 0x65, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}; byte[] MASK = new byte[] {0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff, 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0,0,0,0,0} Beacon Service UUID Major Minor Power 4 byte 16 byte 2 byte 2 byte 1 byte 1,1,1,1 1,1, […], 1,1 0, 0 0, 0 0 Assegnato Assegnato Arbitrario Arbitrario Arbitrario beacon service major, minor, pwr
  27. 27. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Scansione BLE su Lollipop BluetoothLeScanner scanner = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter().getBluetoothLeScanner(); ScanFilter.Builder builder = new ScanFilter.Builder(); ScanFilter filter = builder.setManufacturerData(MANUFACTURER_ID, MAN_DATA, MASK).build(); ScanSettings.Builder ssbuilder = new ScanSettings.Builder(); ssbuilder.setScanMode(ScanSettings.SCAN_MODE_LOW_POWER).setReportDelay(1000); ArrayList<ScanFilter> filters = new ArrayList<>(); filters.add(filter); scanner.startScan(filters, ssbuilder.build(), scanCallback); Non supportato su Nexus 5!!! Nota: la scansione è continua
  28. 28. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Scansione BLE su Lollipop ScanCallback scanCallBack = new ScanCallback() { @Override public void onScanResult(int callbackType, ScanResult result) { } @Override public void onBatchScanResults(List<ScanResult> results) { } @Override public void onScanFailed(int errorCode) { } } Contiene tutte le informazioni di basso (BluetoothDevice) e alto livello (Payload) del device trovato
  29. 29. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Il calcolo distanza smartphone-beacon dipende dalla frequenza operativa (2.4GHz), dalle caratteristiche dell’ambiente e dei due apparati Il pathloss (attenuazione lungo il percorso) è: PL = PWR - RSSI
 La distanza approssimata è: se PL < 0 (c’è un guadagno): D = (RSSI/PWR) ^ 10 se PL > 0 (attenuazione): D = 0.89976 * ratio^7.7095 + 0.111; Valutazione della distanza http://developer.radiusnetworks.com/2014/12/04/fundamentals-of-beacon-ranging.html
  30. 30. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Device as a beacon Lo smartphone opera come un beacon, tracciabile da altri Security App vs beacon: è un beacon autentico o un clone? Beacon vs app: si stanno abilitando app della concorrenza? Privacy Fixed beacon: quale app sta tracciando i beacon? Progetti alternativi Google Physical Web: http://google.github.io/physical-web/ AltBeacon: https://github.com/AltBeacon Altri temi interessanti
  31. 31. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] La tecnologia iBeacon ha dato nuovo impulso alla localizzazione indoor e all’erogazione di servizi in prossimità L’industria IoT sta adottando massicciamente BLE come infrastruttura di comunicazione e le nuove evoluzioni del protocollo renderanno ancora più diffusi i servizi di localizzazione a cortissimo raggio Si aprono delicate problematiche di sicurezza e privacy, che devono essere affrontate con urgenza ma con la dovuta lucidità Conclusioni
  32. 32. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Apple: iBeacon for Developers https://developer.apple.com/ibeacon/ Bluetooth Low Energy: The Developer's Handbook by Robin Heydon http://www.amazon.it/dp/013288836X Learning iBeacon by Craig Gilchrist https://www.packtpub.com/application-development/learning-ibeacon Letture utili
  33. 33. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Introduzione a Bluetooth Low Energy Codemotion 2013 Milano http://www.slideshare.net/gerdavax/bluetooth-low-energy-28763173 
 
 Augmented Smartphone Droidcon IT 2014 Torino http://www.slideshare.net/gerdavax/augmented-smartphone Bluetooth Low Energy & Geofence
  34. 34. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] email gerdavax AT “la posta di google”
 twitter @gerdavax slideshare http://www.slideshare.net/gerdavax Contatti Grazie
  35. 35. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna] Leave your feedback on Joind.in! https://joind.in/event/view/3347

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