La presentazione di Stefano Sanna introduce la tecnologia iBeacon, una soluzione di localizzazione basata su Bluetooth Low Energy, enfatizzando con quali dispositivi e tecnologie essa può interagire. Vengono analizzati i dettagli tecnici degli iBeacon, comprese le specifiche di comunicazione e l'architettura sia per iOS che per Android. Infine, si evidenziano le implicazioni future della tecnologia nella localizzazione indoor e nelle problematiche di sicurezza e privacy che ne derivano.

1. Stefano Sanna
Introduzione alla tecnologia iBeacon
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ROME 27-28 marzo 2015

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. 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
medaglia!
medaglia
medaglia!

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. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna]
• •

6. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna]
Location & Proximity
•
Geofence
Region

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. 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. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna]
Accelerazione
Fonte: Google Trends per “Bluetooth Low Energy”
WWDC 2013

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. 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. 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. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna]
Caso d’uso tipico

14. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna]
Regioni
•
•
immediate
near
far

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna]
Tipica architettura su Android

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna]
email
gerdavax AT “la posta di google”
twitter
@gerdavax
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35. ROME 27-28 marzo 2015 – Introduzione alla tecnologia iBeacon [Stefano Sanna]
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