iBeacon技术分析文档

1前言

iBeacon是苹果公司在 iOS 7中推出的一种近场定位技术，可以感知一个附近的 iBeacon 信标的存在。
当一个iBeacon兼容设备进入/退出一个iBeacon信标标识的区域时，iOS和支持iBeacon
的 app
就能得知这一信息，从而对用户发出相应的通知。
典型的应用场景：例如博物馆实时推送附近展品的相关信息，商场内即时通知客户折扣信息等。苹果在Apple Store中也部署了 iBeacon来推送优惠、活动信息。

2 iBeacon特点

iBeacon 基于低功耗蓝牙技术（Bluetooth Low Energy, BLE）这一开放标准，因此也继承了 BLE的一些特点。

 

1) 范围广

相比于 NFC
的数厘米的识别范围，iBeacon
的识别范围可以达到数十米，并且能够估计距离的远近。

2) 兼容性

iBeacon 是基于 BLE做的一个简单封装，因此大部分支持 BLE的设备都可以兼容。

例如可以使用一个普通的蓝牙芯片作为信标，使用 Android设备检测信标的存在。

3) 低能耗

不少 beacon 实现宣称可以不依赖外部能源独立运行两年。

3 iBeacon使用场景

我们以一个连锁商场的例子来讲解iBeacon的一个流程。在一个连锁商场中，店家需要在商场中的不同地方推送不同的优惠信息，比如服装和家居柜台推送的消息就很有可能不同。
 
当消费者走进某个商场时，会扫描到一个beacon。这个 beacon有三个标志符，proximityUUID是一个整个公司（所有连锁商场）统一的值，可以用来标识这个公司，major值用来标识特定的连锁商场，比如消费者正在走进的商场，minor值标识了特定的一个位置的
beacon，例如定位到消费者正在门口。
 
这时商场的 app会被系统唤醒，app可以运行一个比较短的时间。在这段时间内，app可以根据beacon
的属性查询到用户的地理位置（通过查询服务器或者本地数据），例如在化妆品专柜，之后就可以通过一个local notification推送化妆品的促销信息。用户可以点击这次local notification来查看更详细的信息，这样一次促销行为就完成了。

4 iBeacon API介绍

下面主要介绍iBeacon具体怎么使用：

4.1 Beacon的表示

iBeacon本质上来说是一个位置（区域）信息，所以 Apple把 iBeacon
功能集成在了Core Location里面。
iBeacon信标在 Core Location中表现为一个CLBeacon，它圈定的范围则表现为
CLBeaconRegion，这是一个CLRegion的子类。
CLBeaconRegion主要用三个属性来标识一个 iBeacon，proximityUUID、major和
minor。
proximityUUID是一个 NSUUID，用来标识公司，每个公司、组织使用的iBeacon应该拥有同样的
proximityUUID。
major用来识别一组相关联的 beacon，例如在连锁超市的场景中，每个分店的beacon应该拥有同样的
major。
minor则用来区分某个特定的 beacon。
这些属性如果不指定（即 nil），匹配的时候就会忽略这个属性。例如只指定proximityUUID的
CLBeaconRegion可以匹配某公司的所有beacons。

4.2 Monitoring

Apple在 iOS 4中增加了地理围栏 API，可以用来在设备进入/退出某个地理区域时获得通知，这些
API包括:
-startMonitoringForRegion:
-locationManager:didEnterRegion:
-locationManager:didExitRegion:等。
 
CLBeaconRegion作为 CLRegion的子类也可以复用这些 API，这种检测iBeacon的方式叫做
monitoring。
 
使用这种方法可以在程序在后台运行时检测iBeacon，但是只能同时检测 20个
region，也不能推测设备与beacon的距离。
 

4.3 Ranging

除了使用地理围栏 API的方式，Apple还在 iOS 7
中新增加了iBeacon
专用的检测方式，也就是 ranging。
通过 CLLocationManager的-startRangingBeaconsInRegion:方法可以开始检测特定的iBeacon。
当检测到beacon的时候，CLLocationManager的delegate
方法 -locationManager:didRangeBeacons:inRegion:会被调用，通知调用者现在被检测到的beacons。
这个方法会返回一个CLBeacon的数组，根据 CLBeacon的 proximity属性就可以判断设备和beacon之间的距离。
proximity属性有四个可能的值，unknown、immediate、near和
far。
另外 CLBeacon还有 accuracy和 rssi
两个属性能提供更详细的距离数据。
 
使用 iOS设备作为 iBeacon:
我们可以使用Core Bluetooth框架来广播特定的 payload来让
iOS 设备成为一个iBeacon。
 
这个 payload可以由CLBeaconRegion的 -peripheralDataWithMeasuredPower:方法来获取。
之后交给CBPeripheralManager广播出去就可以了。 
需要注意的是，广播iBeacon信息的时候 app
必须在前台运行。
 

4.4 iBeacon行为

iBeacon的 API并不十分复杂，但他的行为比较难弄清楚，特别是当应用运行在后台时，检测到beacon的时间延迟会让开发者难以推测。在做了一些实验和合理的推测后，我们得出了一些结论：
 
检测到beacon的时间跟设备进行蓝牙扫描的时间间隔有关，每当设备进行扫描的时候，就能发现iBeacon region的变化。
 
在 ranging打开的情况下，设备会每秒钟做一次扫描，也就是说状态更新最多延迟一秒。
 
程序在后台运行，并且monitoring打开的时候，设备可能每隔数分钟做一次扫描。iOS 7的响应速度较慢，iOS7.1有比较大的改善。
 
如果存在设置notifyEntryStateOnDisplay=YES的 beacon，iOS会在屏幕点亮的时候（锁屏状态下按下home键，或者因为收到推送点亮等）进行一次扫描。
 
设备重启并不影响iBeacon后台检测的执行。
 
iOS7 中，在多任务界面中杀掉程序会终止 iBeacon检测的执行，iOS7.1上改变了这一行为，被杀掉的
app还可以继续进行iBeacon检测。
 

5参考文献

1)
AirLocate，苹果官方的 sample code，包含了 iBeacon的大部分用法。

2)
iBeacon Monitoring in the Background and Foreground，实验证实了 iBeacon的一些行为。