iBeacon を利用したサービス開発のポイント

iBeaconを利用したサービス開発のポイント GMOインターネット次世代システム研究室松井、佐藤、折田、塚元、宮尾

アジェンダ [iBeaconのキホン] １．iBeaconとは２．基本機能３．利用可能端末４．NFCとの比較５．サービス事例 [技術的なポイント] １．iOS, Android アプリ実装の違い２．消費電力３．セキュリティ

１．iBeaconとは • Appleの商標 • Location and Proximity Detection Technology 「位置と近接検出技術」

１．iBeaconとは Bluetooth Low Eneｒgy（BLE）を利用してシグナルを発信する機器

BLEとは • 近距離無線通信技術Bluetoothの拡張仕様 • 極低電力で通信が可能なもの • 2010年7月に発表されたBluetooth 4.0規格 • 免許なく使える2.4GHz帯(ISMバンド)の電波を用い、最大1Mbpsの通信が可能。 • 対応チップは従来の1/3程度の電力で動作することができ • ボタン電池一つで数年稼働することができるとされている。

１．iBeaconとはシグナルはスマホで受信可能（Android、iOS）

１．iBeaconとはシグナルが50m先まで届く。スマホで距離を観測できる。

結論 • BLE利用。 • 広範囲に電波が届く。 • スマホで受信可能。

２．基本機能 A．構成・ブロードキャスター・オブザーバー型・セントラル・ペリフェラル型 B．機能・Beaconから送られてくる信号・スマホができること

２．基本機能オブザーバー（スマホ）ブロードキャスター（Beacon端末）発信のみ受信のみ

２．基本機能ペリフェラルセントラル読み書き（今回は対象外）

２．基本機能 Beaconから送られる信号１．UUID ２．Major ３．Minor ４．RSSI

Beaconから送られる信号 UUID 128ビット識別子 12345678-A1B3-B2C4-C3D5-EF567GH942E2 Major 16ビットの符号なし整数。 0～65535 Minor 16ビットの符号なし整数。 0 ～ 65535

使い道 UUID 128ビット識別子サービスで1個 Major 16ビットの符号なし整数。ショップなどの単位で1個 Minor 16ビットの符号なし整数。売り場、ビルの階層、支店などの小概念で1個

RSSI • Received Signal Strength Indicator • 受信信号強度 • マイナスの値 • 小さいほど近い状態を表す

Beaconを受信する機器ができること（スマホ）１．リージョン観測２．レンジング観測

リージョン観測 •入った •出た

リージョン観測入った！！！出た！！！

レンジング観測 RSSI 電波強度からおおよその距離を図る（調整可能） Immediate （すごく近い） 50cm以内 Near （誓い） 50cm~6m Far （遠い） 6m~20m Unknown （不明） ???

レンジング観測近遠

結論 • ブロードキャスターオブザーバー構成でサービス開発。 • UUID、Major、Minorでビーコンを認識できる。 • 領域出入+ 距離を利用できる。

３．利用可能端末 A．iBeacon端末 B．iOS , Android

iBeacon端末 • StickNFind社

iBeacon端末 • Aplix社MｙBeacon

iBeacon端末 • Estimote社

iBeacon端末 • shopbeacon

Estimote StickNFind Aplix shopbeacon 価格3500円3500円1000円4000円技適○ ○ ○ × 電池2年1年1年5年その他デザインがおしゃれサイズが小さい。探し物アプリを販売。安い。セキュリティ機能が強い。米国の百貨店 Macy’s 実績アリ

技適マーク（ぎてきまーく）とは技術基準適合証明と技術基準適合認定のいずれかあるいは両者の認証がなされていることを表示するマークで、総務省令に定められたものである。 ⇒技適マークが付いていない無線機は、「免許を受けられない／違法になる」恐れがありますので無線機を購入・使用する際は十分ご注意下さい。

３．利用可能端末スマホ [iOS] Ver.7以降 • iPhone 4s ～ • iPad 第3世代～（mini,Airは可能） [Android] Ver.4.3以降

Bluetoothの大分類 • Bluetooth Smart : BLEのみ • Bluetooth Smart Ready ：BLE+クラシック • Bluetooth ：クラシックのみ

Beaconの誤解 • 対応端末でもBluetooth OFF では使えない。 iPhoneでは位置情報も必要

結論 • 現状はAplix社のビーコンがよい。 • iOS 7 , Android 4.3

NFCとは？ • 近距離無線通信技術 • 「かざす」ことで通信可能 • 低速なデータ通信

NFCとiBeaconの比較 NFC iBeacon 最大距離20cm 50m 検知タッチ（能動的） Bluetooth ON で PUSH受信（受動的）対応iOS 8 Android 2.3 iOS 7 Android 4.3 価格100円1000円～電池不要1年～通信424kbps 1024kbps 同時接続1対1 N対N

結論 • NFCは能動的 • iBeaconは受動的 • 要件に応じて利用する

５．サービス事例 [アメリカ] ・Masy’s ・MLB [日本] ・スマポ・スマート座布団

Macy’s（アメリカのデパート）来店客のアプリへ商品情報、クーポンを通知

MLB x iBeacon 20のスタジアム（全体の3分の2）各スタジアム 100 個のビーコン設置

MLB x iBeacon 座席案内

MLB x iBeacon ホットドッグのクーポン配布利用回数カウント

スマポｘ iBeacon 来店するとポイントが貯められるサービス来店時に通知を発火させる仕組みでiBeacon を利用（近づくと通知される） ※ポイント付与は音波

スマート座布団座布団の下にデバイス設置。座った重みでビーコンが発火。

スマート座布団空席情報を管理。カフェの混雑状況をログ取得しデータ解析可能。

結論 • 情報発信、クーポン配布を PUSHできるアプリの事例が多い。

検証アプリを開発しました

出社アプリセルリアンタワー 12Fにビーコンを設置座席に近づくとビーコン信号をスマホがキャッチ ⇒ アプリで出社できる！

サーバ構成 12FビーコンスマホWebサーバ ⇒ TimeProを叩いて出社！

出社アプリ

デモ

リージョン観測入った！！！

レンジング観測近遠「近い」で出社可能になる

デモのまとめバックグラウンドリージョン観測 ⇒ 範囲内ビーコン検知 ⇒ ローカル通知発火レンジング観測 ⇒ 距離観測（Far⇒Near）

無事動くものができた！

サービス開発のキモ • アプリが起動していない状態でもビーコンは検知されるか？ • Bluetoothでバッテリーは食わないか？ • 不正は行われないか？

iOS, Android アプリ実装の違い A.iOS向けアプリ実装 B.Android向けアプリ実装 C.iOS、Androidの比較

iOS実装の流れ１．UUID定義２．リージョン観測３．レンジング観測４．バックグラウンドタスク

UUID定義 // 観測対象のUUIDと識別子を定義して、 // CLBeaconRegionを作成する let uuidString = “00000000-1234-A123-B456-E123C456D789” let beaconIdentifier = “gmo-beacon” let beaconUUID:NSUUID = NSUUID(UUIDString: uuidString) let beaconRegion:CLBeaconRegion = CLBeaconRegion(proximityUUID: beaconUUID, identifier: beaconIdentifier )

リージョン観測入った！！！

リージョン観測 //UUIDを指定して観測スタート locationManager = CLLocationManager() locationManager!.delegate = self locationManager!. startMonitoringForRegion(beaconRegion)

LocationManager デリゲートメソッド開始didStartMonitoringForRegion 入った！ didEnterRegion 出た！ didExitRegion 失敗！ monitoringDidFailForRegion:withError

didEnterRegion func locationManager( manager: CLLocationManager!, didEnterRegion region: CLRegion!) { dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_P RIORITY_DEFAULT, 0), { // 境界に入ったので、レンジング観測を開始 manager.startRangingBeaconsInRegion(region as CLBeaconRegion) }) }

レンジング監視近遠

レンジングデリゲートメソッド今の状態didRangeBeacons:inRegion エラーrangingBeaconsDidFailForRegion:withError:

didRangeBeacons func locationManager( manager: CLLocationManager!, didRangeBeacons beacons: [CLBeacon]!, inRegion region: CLBeaconRegion!) { for beacon in beacons { // 指定範囲に入っていなければスキップ If (inRangeProximity.filter {$0 == beacon.proximity}).count == 0 { continue } // 同じmajor,minorの最後の測定状態を取得 var arr: [CLBeacon] = [] for lb in lastBeacons { if lb.major == beacon.major { if lb.minor == beacon.minor{ arr.insert(lb, atIndex: arr.count) } } }

値がすぐ取れる。Android と異なる点値内容 proximityUUID UUID major major minor minor proximity ビーコンとの距離 accuracy 近接値の精度 rssi 受信強度

didEnterRegion時バックグラウンドタスク // バックグラウンドだと10秒程度しか起動できないので、 // バックグラウンドタスクを作成すると180秒程度、起動可能になる。 let app = UIApplication.sharedApplication() var bgTaskId: UIBackgroundTaskIdentifier? bgTaskId = app.beginBackgroundTaskWithExpirationHandler({ dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), { if bgTaskId != UIBackgroundTaskInvalid { app.endBackgroundTask(bgTaskId!) bgTaskId = UIBackgroundTaskInvalid } }) })

iOSのポイント１．CoreLocationを使う。 ※CoreBluetoothは明示的に使わなくてよい。２．UUIDを指定する。UUIDはMAX20件。 1UUIDにつき、65535*65535通りのIDを持てる。３．バックグラウンドでリージョン観測。 ⇒これによりアプリ未起動でも挙動。サービスの課題をクリア

Androidアプリ実装 • リージョン観測とタイムアウト • スキャンした情報の加工

Android向けアプリ実装まずはパーミッション <uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/> <uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/> BLE対応端末のみインストールさせる <uses-feature android:name=“android.hardware.bruetooth_le” android:required="true"/>

Bluetoothマネージャの初期化 BluetoothManager mBluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE); mBluetoothAdapter = mBluetoothManager.getAdapter();

リージョン観測とタイムアウト（iOSとの違い） //Blutooth ON 時、バックグラウンドで常に動かす private void connect() { mHandler.postDelayed(new Runnable() { @Override public void run() { mBluetoothAdapter.stopLeScan(BleActivity.this); }}, 5000); // タイムアウトを設定 // スキャン開始 mBluetoothAdapter.startLeScan(this); }

リージョン観測後の情報の取得 private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback() { @Override public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi,byte[] scanRecord) { //UUID,major,miner,RSSIの判定処理 } }

UUID、Major、Minor if(scanRecord.length > 30){ //iBeacon の場合6 byte 目から、9 byte 目はこの値に固定されている。 if((scanRecord[5] == (byte)0x4c) && (scanRecord[6] == (byte)0x00) && (scanRecord[7] == (byte)0x02) && (scanRecord[8] == (byte)0x15)) { String uuid = IntToHex2(scanRecord[9] & 0xff) + IntToHex2(scanRecord[10] & 0xff) + IntToHex2(scanRecord[11] & 0xff) + IntToHex2(scanRecord[12] & 0xff) + "-" + IntToHex2(scanRecord[13] & 0xff) + IntToHex2(scanRecord[14] & 0xff) + "-” + IntToHex2(scanRecord[15] & 0xff) + IntToHex2(scanRecord[16] & 0xff) + "-” + IntToHex2(scanRecord[17] & 0xff) + IntToHex2(scanRecord[18] & 0xff) + "-” + IntToHex2(scanRecord[19] & 0xff) + IntToHex2(scanRecord[20] & 0xff) + IntToHex2(scanRecord[21] & 0xff) + IntToHex2(scanRecord[22] & 0xff) + IntToHex2(scanRecord[23] & 0xff) + IntToHex2(scanRecord[24] & 0xff); String major = IntToHex2(scanRecord[25] & 0xff) + IntToHex2(scanRecord[26] & 0xff); String minor = IntToHex2(scanRecord[27] & 0xff) + IntToHex2(scanRecord[28] & 0xff); } }

scanRecord Byte 数説明 1 1 ブロック目のバイト数 2,3 flag 4 2 ブロック目のバイト数 5 メーカー固有のAD type データ 6,7 会社コード(0x004C がApple の会社コード) 8 データのタイプ(0×02 がiBeacon) 9 連なるiBeacon データのバイト数 10~25 UUID 26,27 major 28,29 minor 30 校正された電波強度(距離を求めるときの基準値、2 の補数)

Androidのポイント • 自分で書かないといけない部分が多い。１．リージョン監視のタイムアウト制御２．scanRecordの中身解析（とくにレンジングは自分でRSSIで距離のあたりをつける）めんどくささor 柔軟性？

アビダルマ • Aplix社推奨のライブラリ。 • ２次的著作物に無料で利用可能。 • iOSに近い処理をラッパーして実現。

アビダルマの利点その１省電力実装アプリ画面がフォアグラウンドにない、またはディスプレイが消灯している。 ⇒15秒周期で5秒間ずつリージョン観測実行。対象UUIDの絞込み ⇒不要な通信を発生させない。デフォルトでは0.1秒ごとにスキャンを実行し続けるので非常に電池を食いやすい。

アビダルマの利点その２デバイス不具合対応 • AQUOS Xx 304SH、Nexus4、Nexus7 不具合 ⇒内部的にカバーしている。 • GALAXY S5 にて通知される受信RSSI が他機種と比較して低い。

他のライブラリ Android Beacon Library https://github.com/AltBeacon/android-beacon-library

iOS Android 利用者ver.7以上 90％強 ver.4.3以上 20％弱 OS設定・パーミッション Bluetooth 位置情報バックグラウンド Bluetooth 観測対象UUID指定必須UUID指定自由リージョン観測頻度OS依存 UUID指定必須頻度実装可能 UUID指定自由レンジング観測バックグラウンドタスクMax180秒実装者に依存

サービス開発のキモ • アプリが起動していない状態でもビーコンは検知されるか？ ⇒なんとかバックグラウンドでやれそう • Bluetoothでバッテリーは食わないか？ • 不正は防げるか？

消費電力 iBeacon端末本体 ⇒ これはそもそも低電力になっているので問題ない

消費電力・AisleLabsによる調査・Android, iOSのBLE消費電力比較実験 http://www.aislelabs.com/reports/ibeacon-battery-phones/ http://www.aislelabs.com/reports/ibeacon-battery-drain-iphones/

バッテリーに与える影響・周囲のビーコン個数・スキャン回数（リージョン観測回数）

周囲のビーコン個数・０個・７個・１０個個数が多いほどスマホ電池消費が増える。

スキャンのインターバル・0.1秒スキャン+0.1秒休む・1秒スキャン+1秒休む・2秒スキャン+2秒休む頻度が狭いとスマホバッテリーを消費する。

スキャンのインターバル・１秒スキャン＋９秒休む・５秒スキャン＋５秒休むスキャン時間が長いとバッテリーを消費する。

バッテリーに与える影響 • ビーコン個数：少ないほうがいい • スキャン回数：少ないほうがいいある意味当たり前の結果！

Android側の実装の現実解アビダルマの実装 ⇒5秒スキャン+ 15秒インターバル ※デフォルト1秒10回スキャンよりはこちらのほうがよい

いままでAndroid実装のめんどくささが目立っていたが。。。

iOS7はなぜAndroidに劣るのか？ iOS側が自動的にリージョン監視 ⇒Android側は頻度を実装できるので、消費電力を意識して頻度を抑えることができる。 iOS7.1以降は改善された？！？ビーコン端末の性能に左右？！？

iOS Android 利用者ver.7以上 90％強 ver.4.3以上 20％弱 OS設定・パーミッション Bluetooth 位置情報バックグラウンド Bluetooth 観測対象UUID指定必須UUID指定自由リージョン観測頻度OS依存 UUID指定必須頻度実装可能 UUID指定自由レンジング観測バックグラウンドタスクMax180秒実装者に依存消費電力良新デバイス：優

サービス開発のキモ • アプリが起動していない状態でもビーコンは検知されるか？ ⇒なんとかバックグラウンドでやれそう • Bluetoothでバッテリーは食わないか？ ⇒実装上の工夫（+新機種）で大丈夫 • 不正は防げるか？

セキュリティ • 偽ビーコンを作成できる問題本物であることを検証し保証する仕組みが必要

偽ビーコンの例 UUID、Major、Minorがバレてしまうと自宅のMacから出社可能（Macでビーコン発信可能）

偽ビーコンの例店舗に行かなくてもポイントが自在に取得できる店舗

「本物のビーコンとの通信ですよ」を保証する仕組みが必要！！！

セキュリティGPSを利用して Aplix社サーバ

セキュリティ乱数を利用 Aplix社サーバビーコンを2個仕込むためデバイスの電池の消費が少し早い。 Aplix社の認証サーバを利用するコストが発生する。

まとめ • アプリが起動していない状態でもビーコンは検知されるか？ ⇒なんとかバックグラウンドでやれそう • Bluetoothでバッテリーは食わないか？ ⇒実装上の工夫（+新機種）で大丈夫 • 不正は防げるか？ ⇒Aplix社の認証機構を利用する（or 自力で実装）

ご清聴ありがとうございました。

iBeacon を利用したサービス開発のポイント

by daisuke-a-matsui

on Sep 30, 2014

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