MET WELKE TECHNOLOGIEËN KAN MEN EEN SLIMME OMGEVING TOEPASSEN? PROMOTOR: MH GEERT HOFMAN ONDERZOEKSVRAAG UITGEVOERD DOOR
ANTHONY COUCKHUYT VOOR HET BEHALEN VAN DE GRAAD VAN BACHELOR IN DE
NEW MEDIA AND COMMUNICATION TECHNOLOGY HOWEST | 2015-2016
MET WELKE TECHNOLOGIEËN KAN MEN EEN SLIMME OMGEVING TOEPASSEN? PROMOTOR: MH GEERT HOFMAN ONDERZOEKSVRAAG UITGEVOERD DOOR
ANTHONY COUCKHUYT VOOR HET BEHALEN VAN DE GRAAD VAN BACHELOR IN DE
NEW MEDIA AND COMMUNICATION TECHNOLOGY HOWEST | 2015-2016
1 Inhoudsopgave 1
Inhoudsopgave ............................................................................................................... 1
2
Inleiding .......................................................................................................................... 3
3
Verklarende woordenlijst ................................................................................................ 4
4
Location tracking ............................................................................................................ 1 4.1
Beacons .................................................................................................................. 1 Geschiedenis van beacons .............................................................................. 1 Werking ............................................................................................................ 2 Voordelen......................................................................................................... 3 Bluetooth Low Energy ...................................................................................... 3 Foutmarges ...................................................................................................... 4
4.2
Wifi .......................................................................................................................... 5 Werking ............................................................................................................ 5 Voor- en nadelen.............................................................................................. 5 Kort besluit ....................................................................................................... 6
4.3
RFID ....................................................................................................................... 6 Werking ............................................................................................................ 6 Voor- en nadelen.............................................................................................. 7 Kort besluit ....................................................................................................... 7
4.4
NFC ........................................................................................................................ 8 Werking ............................................................................................................ 8 Voor- en nadelen.............................................................................................. 8
4.5
GPS ........................................................................................................................ 9 Werking ............................................................................................................ 9 Voor- en nadelen.............................................................................................11
4.6 5
Besluit ....................................................................................................................11
Interactie .......................................................................................................................12 5.1
Demo applicatie context .........................................................................................12 Google Android ...............................................................................................12 Apple iOS ........................................................................................................15
5.2
Toepassingen.........................................................................................................17 Living ..............................................................................................................17 Winkel .............................................................................................................18 Werk omgeving ...............................................................................................19
6
Besluit ...........................................................................................................................20
7
6.1
Algemeen besluit ....................................................................................................20
6.2
Persoonlijk besluit ..................................................................................................20
Figurenlijst .....................................................................................................................21 7.1
Figuren ...................................................................................................................21
7.2
Grafieken ...............................................................................................................21
8
Bronnen ........................................................................................................................22
9
Bijlagen .......................................................................................................................... 1 9.1
Bijlage 1 – Tabel afstand berekenen ....................................................................... 1 Test 1 ............................................................................................................... 1 Test 2 ............................................................................................................... 1 Test 3 ............................................................................................................... 2 Test 4 ............................................................................................................... 2 Test 5 ............................................................................................................... 3 Test 6 ............................................................................................................... 3
2 Inleiding In deze bachelorproef ga ik op onderzoek hoe de omgeving kan veranderen en zich aanpassen aan onze gebruiken, of er wel een voordeel uit te halen is of als dit slechts een overbodige luxe is. Dit gaat gepaard met location tracking. Tegenwoordig bestaan er vele technieken om tracking toe te passen. Deze komen later aan bod. Een klein voorbeeldje: U komt een winkel binnen en gaat naar een rek schoenen. Er staan slechts 5 verschillende schoenen en jammer genoeg niet in uw maat. Zoals bijna alle mensen, bezit u over een smartphone. Waarom kunnen we dit niet combineren? U haalt uw smartphone boven, start een applicatie en u krijgt meteen te zien welke maten er nog beschikbaar zijn voor welke schoenen. Dan kan u snel en eenvoudig deze schoen bestellen in de desbetreffende winkel. De volgende keer dat u de winkel binnenkomt, hangt er echter een scherm naast deze schoenen. U kocht de laatste keer een paar schoenen en bent misschien geïnteresseerd in een ander paar. Nu kan de omgeving wel reageren op uw aanwezigheid. Op het scherm kan misschien een kortingscode worden getoond om u toch te overtuigen om een paar schoenen te kopen. Doordat de omgeving reageert op uw aanwezigheid, voelt dat persoonlijk aan voor de persoon. Hij zal vrijwel direct een verwelkomend gevoel krijgen bij het binnenkomen van een gebouw. Dat is de toekomst, en dat is niet zo heel ver verwijderd.
3 Verklarende woordenlijst
BLE: Bluetooth Low Energy. Dit is een technologie gemaakt om radio signalen te versturen. Low energy slaat op het feit dat het niet veel energie verbruikt en dat dus zo de batterij langer meegaat. RFID: Radio Frequency Identification is een technologie om van op afstand data in te lezen. Meestal gebruikt in een RFID-tag. NFC: Near Field Communication. Dit is een communicatie technologie dat het mogelijk maakt om identificatie toe te staan vanop korte afstand (5cm). GPS: Global Positioning Map. Activities: Dit zijn activiteiten of schermen in het Android framework. Stack: Dit is eigenlijk gewoon een lijst van huidige activities in chronologische volgorde. Start er een nieuwe activity, dan komt deze bovenaan in de stack.
4
Location tracking
Hieronder worden verschillende vormen technologieën beschreven die kunnen worden toegepast om location tracking toe te passen. Elk van deze technologieën wordt besproken en wordt de werking ervan uitgelegd.
4.1
Beacons
Beacons1 zijn kleine, simpele apparaten die one-way BLE signalen versturen. Deze signalen kunnen opgevangen worden door bluetooth apparaten. Het voordeel van beacons is hun lage energiekost. Een beacon kan toch enkele jaren blijven werken zonder dat de batterij vervangen moet worden2. Het wordt vaak vergeleken met bluetooth op de smartphone. Bij beacons is er echter geen paring nodig. Beacons sturen periodiek hun signaal door en apparaten ontvangen het constant.
Figuur 1: Beacon image
Geschiedenis van beacons Een beacon bestaat eigenlijk al een hele lange tijd. Het werd vroeger al gebruikt bij navigatie. Denk maar aan een boei in de zee of een vuurtoren. Tegenwoordig zitten er elektronische componentjes in een beacon. Ze worden gebruikt om te reageren met andere apparaten om zo te laten weten dat er iets gaande is. Apple heeft als eerste de iBeacon technologie gelanceerd. Deze technologie is compatibel met alle apparaten die draaien op Android, iOS en Windows. De competitie heeft echter een trage start gemaakt, maar de dag van vandaag is dat echter volledig anders. Apple en IBM hebben inmiddels een contract getekend om samen de iBeacon technologie verder te ontwikkelen. Google heeft in 2015 Eddystone gelanceerd. Dit is eigenlijk de tegenhanger van iBeacon van Apple3.
1
Businessinsidercom, 2016 Estimote, 2016 3 Techtimescom, 2015 2
1
Werking
Beacon
Smartphone
Cloud
Figuur 2: Beacon werking
Beacons zijn als het ware kleine computers. Ze hebben een sterke processor, geheugen, bluetooth module en sensoren. Ze sturen signalen de lucht in via ingebouwde kleine antennes. Meestal versturen ze een gewone unieke identifier4. Alle bluetooth-apparaten binnen het bereik kunnen deze signalen ontvangen. In de meeste gevallen is dit een smartphone. Het apparaat kan vervolgens communiceren met Internet en informatie terugkrijgen. Die teruggekregen informatie kan dan gevisualiseerd worden en getoond worden aan de gebruiker.
Een beacon kan vergeleken worden met een vuurtoren. Maar in plaats van licht te versturen, verstuurt het radiogolven. Het verstuurt ook niet constant een signaal, maar periodiek. Hoe meer signalen er verstuurd worden, hoe betrouwbaarder het signaal wordt.
Figuur 3: Beacon vuurtoren
4
Estimote, 2016
2
Beacons hebben een bereik van ongeveer 70 meter5. Maar dit is enkel in ideale omstandigheden. Wanneer er zich veel objecten in het bereik bevinden van de beacon, wordt dit signaal verstoord en kan het bereik drastisch verminderen. Je kan zeggen dat het bereik ongeveer 40 tot 50 meter zal bedragen. Een beacon is enkel een stukje hardware die radio signalen verstuurd. Er zijn nog altijd API’s, SDK’s en protocollen nodig om beacons te gebruiken.
Voordelen Er zijn veel voordelen aan beacons t.o.v. binnenshuis locatie tracking. Doordat het BLE gebruikt, hoeft er geen grote batterij in te zitten. Geen grote batterij betekent een klein apparaat.
Laag energie verbruik Kleine grootte Relatief goedkoop t.o.v. andere tracking apparaten Hoge compatibiliteit met veel apparaten Configureerbare output power
Bluetooth Low Energy Bluetooth Low Energy6, ook wel Bluetooth Smart genoemd, is een draadloos personal area network technologie gemaakt door Bluetooth Special Interest Group. Het is gemaakt om applicaties te ondersteunen in diverse sectoren. Enkele sectoren zijn: gezondheid, fitness, beacons, beveiliging en home entertainment. Figuur 4: Bluetooth logo
4.1.4.1 Compatibiliteit BLE is enkel compatibel met apparaten die Bluetooth 4.0 protocollen of hoger gebruiken. Vorige versies worden echter niet ondersteund. In recente smartphones is het al een standaard geworden om versie 4.0 of hoger te gebruiken. BLE gebruikt dezelfde frequenties als de klassieke bluetooth, namelijk 2.4GHz. Doordat ze deze frequentie gebruiken, is er communicatie mogelijk van langs twee kanten. Het is ook mogelijk om meerdere apparaten te koppelen aan één radio antenne.
4.1.4.2 Toepassingen Deze technologie kan gebruikt worden voor veel toepassingen. Het is mogelijk om locatie gebaseerde dingen te doen. Bijvoorbeeld: iemand komt op de bus en in de bus hangt er een beacon. De smartphone ontvangt het signaal van de beacon en slaat op wanneer de
5 6
Estimote, 2016 Mdpicom, 2016
3
persoon op de bus gaat. Bij het verlaten van de bus valt de connectie met de beacon weg en zo kan er automatisch betaald worden. Voorlopig zijn er nog niet veel toepassingen voor de gewone consument. Bestaande applicaties gebruiken deze technologie wel, maar dit wordt vooral gebruikt om extraatje. Applicaties die speciaal gemaakt zijn om met deze technologie te werken, zijn zwaar in de minderheid. Het kan bijvoorbeeld ook gebruikt worden om routes aan te geven binnen gebouwen. Stel: een persoon komt aan op de luchthaven en moet naar incheckbalie nummer 78. De smartphone van de persoon registreert dat er in het begin een beacon hangt. Vervolgens geeft de persoon in naar welke balie hij moet gaan en pijlen worden getoond om de smartphone. Terwijl hij door de luchthaven loopt, registreren andere beacons waar die persoon zich bevindt en de informatie wordt geüpdatet naarmate hij verder wandelt.
Foutmarges Met beacons is het mogelijk om de afstand te berekenen, maar dit klopt niet altijd 100%. Er zit een redelijke foutmarge op. Ik heb enkele testen gedaan en alles uitgeschreven in een tabel7.
4.1.5.1 Test omgeving Ik heb dit alles getest met een Estimote Beacon. De smartphone was een Samsung Galaxy S4. Ik heb mijn eigen applicatie geschreven met Android Studio.
4.1.5.2 Resultaten Alle data uit de tabellen heb ik gevisualiseerd op volgende grafiek:
Vergelijking gemeten afstand werkelijke afstand Afstand (m)
10,00 8,00 6,00 4,00 2,00
0,00 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Test nummer Werkelijke afstand (m)
Gemeten afstand (m)
Grafiek 1: Vergelijking gemeten afstand - werkelijke afstand
Deze grafiek toont de gemiddelde gemeten afstand van alle 6 testen die ik uitgevoerd heb. Als we kijken op korte afstand, dan valt het verschil al bij al nog mee. Naarmate we naar
7
Zie bijlage 1
4
middelgrote afstanden (3 – 8 meter) gaan zien we dat de gemeten afstand wat onder de werkelijke afstand valt. We zien dus dat er telkens een redelijke foutmarge is. Uitgerekend is dit ongeveer 73 centimeter over het hele bereik dat ik getest heb.
4.2
Wifi
Iedereen kent wel Wifi: draadloos internet. Maar wifi is meer dan enkel draadloos internet. Het kan ook gebruikt worden voor locatie. Dit wordt vooral gebruikt binnenshuis. Het voordeel van wifi te gebruiken is dat het apparaat altijd verbonden is met het internet en zo meerdere services kan toepassen.
Werking Apparaten die wifi signalen worden ook wel hot-spots genoemd. Dit zijn eigenlijk strategisch geplaatste apparaten die een radio signaal verstuurd. Apparaten kunnen die radio signalen ontvangen, kunnen zo verbinding maken met die hot-spot. Een apparaat ziet een hot-spot en kan ermee connecteren. Zodra er connecties zijn met meerdere hot-spots, kan een locatie berekend worden. Als het apparaat verplaatst wordt, dan verandert de signaalsterkte van een connectie. Op die manier kan aan tracking gedaan worden.
Voor- en nadelen Omdat een apparaat niet moet inloggen om een verbinding met een hot-spot te maken, werkt dit ook goed met mobiele apparaten. Tracking kan eigenlijk gebeuren van zodra er communicatie is tussen een apparaat en hot-spots. Maar om er interactie mee te krijgen, is echter wel een applicatie nodig. Om zo’n hot-spot netwerk op te zetten, is er wel enige kennis nodig. Om dat toe te passen in vb. een winkel, is er echter een expert nodig. Deze hot-spots moeten ook strategisch goed geplaatst worden. Om tracking toe te passen, zijn meerdere connecties nodig naar hot-spots. Dus een apparaat moet altijd verbonden zijn met meerdere hot-spots. Dit resulteert in een hoog aantal hot-spots in een kleine oppervlakte. Daardoor zal de prijs aan de hoge kant zijn. Omdat er zoveel hot-spots nodig zijn, is er een gelimiteerde flexibiliteit om het later aan te passen. Bij het gebruik van wifi, is er ook altijd een kleine vertraging bij de connectie. Denk maar aan het ontvangen wifi signaal op de gsm. Zelfs al is jouw smartphone niet meer in range, zal de smartphone de eerste seconden nog altijd verbinding hebben, ook al is dit niet zo. Daardoor is de nauwkeurigheid van het gebruik van wifi minder.
5
Kort besluit Wifi heeft een hoge bandbreedte, dus wanneer er data overdracht en internet toegang nodig is, is wifi eigenlijk ideaal. Maar om locatie tracking toe te passen, is er een hoge precisie nodig. Met wifi signalen missen we dat eigenlijk een beetje.
4.3
RFID
RFID8 betekent radio frequency identificiation. Dit is ook een vorm van draadloze communicatie. Het verstuurt radio golven om apparaten te identificeren en te tracken.
Figuur 5: RFID chip vergeleken met een rijstkorrel
Werking RFID bestaat uit 2 systemen: Actief en passief. Het communiceert met elkaar door het gebruik van radiogolven. Ze worden passief als actief gebruikt. Passieve systemen bestaan uit tags die voorzien zijn van energie door readers. Dit betekent dat ze zelf geen batterij nodig hebben om te kunnen werken. Actieve systemen worden ook wel readers genoemd. Deze zijn duurder en hebben een eigen energie bron in de vorm van een batterij. Deze actieve systemen versturen zelf een radio signaal dat apparaten kunnen opvangen. Hun bereik bedraagt tot ongeveer 100 meter8. Er zijn veel verschillende RFID tags beschikbaar, elk met hun eigen prijs en functies.
8
Springercom, 2016
6
4.3.1.1 Tags Een RFID tag bestaat uit een chip dat data opslaat en antennes die energie opvangen en naar de chip sturen. Deze antennes bepalen de betrouwbaarheid van de tags. Deze tags werken op 3 verschillende frequenties8. Hun snelheid en betrouwbaarheid hangt af van die frequentie. Hoe hoger de frequentie, hoe sneller ze werken, hoe groter hun bereik is en hoe duurder ze zijn. Dit gaat wel ten koste van storingen. Hogere frequenties zijn gevoeliger aan storingen dan lagere frequenties.
4.3.1.2 Readers Een reader is een apparaat die tussen een tag en een software die data verwacht van de tag. Dit apparaat communiceert met RFID tags binnen zijn bereik en ontvangt en verstuurt data naar de software. Er zijn veel verschillende readers. Hoe meer functies ze hebben, hoe groter hun kostprijs.
Voor- en nadelen Om RFID toe te passen, zijn er eigenlijk altijd 2 apparaten nodig8: een tag en een reader. En eigenlijk ook een software om de ingelezen data te visualiseren. Om dit mogelijk te maken vergt er veel planning zowel voor de tag als voor de reader. Om dit mobiel mogelijk te maken, is er een applicatie nodig om van een smartphone een reader te maken. Maar zelfs vandaag nog weegt dit niet op om zo’n complexiteit toe te passen en is dit eigenlijk niet gebruikt om locatie tracking toe te passen. Wat dan wel terug een voordeel is, is dat ze een hoge betrouwbaarheid hebben. Er kunnen veel tags tegelijk gelezen worden en ze verliezen weinig tot geen data. Dit komt door hun frequentie en hun antennes. Zoals daarnet al aangehaald, hoe hoger de frequentie, hoe gevoeliger ze zijn aan storingen.
Kort besluit RFID is een uitstekend systeem en kan toegepast worden op bijna alles. Dit gaat ten koste van hun prijs natuurlijk. Hoe complexer het systeem, hoe duurder het zal worden. RFID werkt op de laagste laag, dus op item level. Dit betekent dat ieder item een tag krijgt. Dit wordt momenteel toegepast in de geneeskunde en in sorteercentra. Dit wordt meer gebruikt voor sortering en unieke data. Om hiermee verder te gaan en dit toe te passen om een smart omgeving te creëren, is dit minder geschikt.
7
4.4
NFC
Tegenwoordig zijn er veel smartphones die NFC ondersteunen. Het wordt vooral toegepast bij betalingen en ticketing. Vooral in discotheken wordt dit gebruikt. Iedere discotheekbezoeker krijgt een lidkaart met een chip in en bij het binnenkomen wordt deze chip gescand.
Figuur 6: NFC gebruikt om te identificeren
Werking NFC is een vorm van een passieve RFID. De lidkaart is eigenlijk een tag. Het voordeel hier van is dat er weinig energie aan verspild wordt. Meestal is dit ook one-way communication, zoals het aanraken van een kaart op een reader. NFC is een afkorting voor Near Field Communication. Daaruit volgt dat dit principe enkel kan gebruikt worden binnen de 10 centimeter.
Voor- en nadelen Ze zijn energie zuinig en hebben een grote nauwkeurigheid. Het wordt ondersteund door veel apparaten en door veel smartphones. Ze worden vaak gebruikt bij betalingen, dit omdat het veilig is. Ze zijn ook goedkoop. Hun bereik is echter heel klein (~10 centimeter).
8
4.5
GPS
GPS, ook wel Global Positioning System genoemd, bestaat ook al langer dan vandaag. Het wordt vooral gebruikt buiten om de huidige positie terug te vinden. Vooral in wagens is dit een heel handig gebruiksmiddel. Zo kan er navigatie worden toegepast. Het is ontworpen in de Koude Oorlog en wordt de dag van vandaag wereldwijd gebruikt. Het is zelfs een standaard geworden in alle slimme apparaten, zoals smartphone, auto, navigatiesystemen,…
Werking Om GPS te kunnen gebruiken, zijn satellieten nodig. Rond de aarde cirkelen ongeveer 249 satellieten die speciaal ingezet worden voor GPS gebruik. Deze satellieten sturen een radiosignaal naar de aarde met hun data. Deze data bevat hun locatie, status en de exacte tijd. Op aarde kunnen slimme apparaten deze signalen ontvangen en aan de hand van die data kunnen ze het tijdsverschil meten tussen de tijd wanneer het signaal verzonden werd, en wanneer het ontvangen werd. Wanneer dat tijdsverschil berekend is, weten ze de exacte afstand tussen hen en de satelliet. Dit is het principe voor 1 satelliet. Dus eigenlijk weten we nog niet genoeg om de juiste locatie van een apparaat te berekenen. Daarvoor hebben we meer data nodig. Deze data kunnen we bekomen door minstens 4 andere signalen van andere satellieten te ontvangen. Zo weten we precies waar het apparaat zich bevindt.
9
Physicsorg, 2016
9
Figuur 7: GPS werking
Het bereik van GPS en satellieten is heel groot, zolang je maar buiten bent en in het zicht bent van satellieten. Er wordt dan ook constant gezocht naar satellieten. Dat brengt me naadloos over naar het volgende puntje: batterijverbruik. Doordat er constant gezocht wordt en data ontvangen wordt van satellieten, vergt dat heel wat energie gebruik. Iedereen die al eens GPS op zijn smartphone heeft gebruikt, weet dat het batterijniveau snel zakt. Daardoor maakt dit het wat moeilijker om te gebruiken om de locatie te tracken in een slimme omgeving. Ook qua nauwkeurigheid zitten we met een struikelpunt. Doordat de afstand tussen een satelliet en een apparaat zo hoog is, is de foutmarge ook aan de hoge kant. Normaal gezien kan de locatie getrackt worden tot ongeveer 3.5 meter. Dit kan echter verbeterd worden door een schatting van de locatie te maken. Stel: je gebruikt navigatiesoftware, dus je bent vermoedelijk op een autoweg. Een autoweg is ongeveer 3 meter breed, dus dan zitten we slechts met een foutmarge van 50 centimeter. Zoals daarnet al aangehaald: een apparaat moet altijd in het zicht zijn van satellieten. Daardoor wordt het gebruik van GPS-systemen moeilijker om toe te passen binnenshuis. Deze radiosignalen zijn gemakkelijk verstoorbaar door gebouwen en andere materies. Het is mogelijk om GPS te gebruiken binnenshuis, maar dan heb je ook terug andere systemen nodig: Wifi. Als er een 2e factor bijkomt, dan wordt location tracking terug wat nauwkeuriger.
10
Nu is er natuurlijk altijd de vraag: hoe veilig is dit alles? Met GPS op zichzelf is dit systeem heel veilig. De privacy en beveiliging ligt eigenlijk vooral bij de eindgebruiker: hier het apparaat die de signalen ontvangt en de server die de data verwerkt. Het hele infrastructuur kost heel wat geld, maar eindgebruikers en bedrijven kunnen hier kosteloos gebruik van maken. Het is de overheid die dit betaald met ons belastinggeld. De grote kost aan GPS zijn eigenlijk de ontvangers. Hoe meer security er in verwerkt moet worden, hoe duurder dit alles wordt. Om GPS nauwkeuriger te maken, kost dit ook handenvol geld.
Voor- en nadelen Ze hebben een heel groot bereik buitenshuis. Binnenshuis is dit echter heel klein tot nihil. Energievriendelijk is dit alles niet. Het moet telkens vernieuwen en kijken welke satellieten er in de buurt zijn.
4.6
Besluit
Als we dit alles nu eens samenvatten, kunnen we besluiten dat veel van vooraf aangehaalde technologieën niet echt bruikbaar zijn om te leven in een slimme omgeving. We willen dat alles automatisch gaat zonder dat we zelf iets moeten doen. Daardoor kunnen we Wifi al uitsluiten. Hier is een verbinding nodig van de eindgebruiker. Omdat het bereik redelijk groot moet zijn, kunnen we NFC ook al uitsluiten. Dit werkt slechts op enkele centimeters. Hetzelfde met RFID: dit werkt ook slechts op korte afstand. Hoewel het mogelijk is om dit op langere afstand toe te passen, blijven we met een hogere kostprijs zitten. We willen dit vooral toepassen binnenshuis, dus valt GPS eigenlijk ook al af. Als we GPS willen gebruiken binnenshuis, dan moeten we al met een 2e systeem zoals wifi gebruiken en daarvoor is een stabiele verbinding nodig. Dit is goed als we in een bekende omgeving zitten, maar we willen dit toepassen op openbare plekken. Dan blijven er nog enkel beacons over. Het enige nadeel hiervan is dat bluetooth altijd ingeschakeld moet zijn op het apparaat. Maar omdat het BLE ondersteund, heeft dit weinig impact op het batterij verbruik.
11
5 Interactie We hebben dus gekozen om met beacons te werken om location tracking toe te passen. Nu willen we weten hoe we moeten werken met deze beacons. Voor deze bachelorproef heb ik geopteerd om Estimote beacons te gebruiken. Deze beacons versturen een radio signaal en dit signaal moeten we opvangen. We kunnen dit doen a.d.h.v. een smartphone. Tegenwoordig zijn er 2 marktleiders: Apple iOS en Google Android. Hieronder wordt uitgelegd hoe we dit gaan toepassen op deze platformen. We gaan dit doen a.d.h.v. een demo applicatie en code voorbeelden.
5.1
Demo applicatie context
We gaan een demo applicatie maken voor een luchthaven. Zo hangen enkele beacons op aan de muur en we tracken de gebruiker. Wanneer de gebruiker zijn vlucht bijna begint met boarding, sturen we een notificatie naar de smartphone om hem dat te laten weten en hoe ver hij nog moet wandelen eer hij aan de gate is.
Google Android Hoe kunnen we dit nu toepassen10 op Android? Dit gaan we hieronder bespreken a.d.h.v. een korte demo applicatie met code voorbeelden.
5.1.1.1 Beacon manager Het eerste wat we nodig hebben, zijn natuurlijk beacons. Onze Android smartphone heeft Bluetooth ingebouwd dus we kunnen dit gebruiken in ons project. We moeten er natuurlijk voor zorgen dat onze smartphone weet of er beacons in de buurt zijn. Daarvoor moeten we de beacons gaan monitoren. Dit doen we a.d.h.v. een beacon manager die we importeren van Estimote.
Figuur 8: Android beacon Manager
Hier maken we onze beacon manager aan. We geven ook de applicationContext mee omdat de klasse BeaconManager dit verwacht. Deze context is eigenlijk de activity die de beacon manager wil aanmaken.
10
Estimote, 2016
12
5.1.1.2 Connect met beacon
Figuur 9: Android beacon connect
Op bovenstaande afbeelding zeggen we dat onze beacon manager moet connecteren naar een beacon met UUID: B9407F30-F5F8-466E-AFF9-25556B57FE6D. Indien er andere beacons in de buurt zijn, zal onze beacon manager deze negeren. Hij focust zich alleen op de beacon met meegegeven ID.
5.1.1.3 Beacon listener Nu we onze beacon monitoren, moeten we ook luisteren wanneer we in het beacon bereik zijn. Dit kunnen we met volgende code uitvoeren:
Figuur 10: Android beacon listener
Deze code plaatst een listener op de beacon manager. Het overschrijft de methodes ‘onEnteredRegion’ en ‘onExitedRegion’. De ‘onEnteredRegion’ wordt opgeroepen wanneer er een (nieuwe) beacon in bereik is. De parameters die meegegeven worden aan deze methode zijn een regio en een lijst van beacons die momenteel in bereik zijn. Hier kijken we of we in het bereik zijn van een beacon en gaan we een notificatie tonen die we hieronder gaan definiëren. Deze methode ‘showNotification’ heeft 2 parameters: een titel en een bericht. De ‘onExitedRegion’ wordt opgeroepen wanneer we verdwijnen uit een beacon zijn bereik. Hier kunnen we bijvoorbeeld ook een notificatie tonen dat we deze beacon niet meer zien, maar hier opteren we om dit achterwege te laten.
13
5.1.1.4 Notificatie tonen
Figuur 11: Android notificatie
Op bovenstaande afbeelding maken we een functie aan die een notificatie toont. De parameters zijn een titel en een bericht. We maken eerst een Intent aan. Een Intent wordt vooral gebruikt om activities te starten en het wordt gezien als de lijm tussen de diverse activities. Hier geven we de huidige activity mee en de activity die we willen starten. We zetten ook zijn Flags op ‘SINGLE TOP’. Dit wil gewoon zeggen dat we de nieuwe activity starten en bovenaan de stack zetten. We maken ook ene PendingIntent aan. Dit kan je zien als een gewone Intent, maar een met een PendingIntent kunnen andere applicaties gebruik maken van onze applicatie permissies om een bepaald stukje code uit te voeren. Hier zeggen we gewoon dat deze activity en de ‘notifyIntent’ dit mogen uitvoeren. Daaronder wordt een notificatie aangemaakt. Deze heeft enkele opties die we definiëren:
setSmallIcon o Hier geven we een icon mee dat gebruikt wordt voor onze notificatie. setContentTitle(title) o We geven onze notificatie een titel. setContextText(message) o We geven ook een bericht mee aan onze notificatie. setAutoCancel(true) o Na enkele seconden wordt deze notificatie automatisch gewist. setContentIntent(pendingIntent) o Als er op de notificatie geklikt wordt, dan wordt deze Intent gestart.
14
5.1.1.5 Resultaat Wanneer we deze code dan uitvoeren, krijgen we een notificatie te zien met onze eigen icon, titel en bericht:
Figuur 12: Android resultaat
Apple iOS We hebben dit net toegepast op Google Android, maar we passen dit ook toe op Apple iOS apparaten. Ook dit doen we a.d.h.v. dezelfde demo applicatie en code voorbeelden.
5.1.2.1 Beacon manager We hebben opnieuw een beacon manager nodig. Ook Apple toestellen hebben Bluetooth ingebouwd. We kijken of er beacons in de buurt zijn en we gaan ze monitoren.
Figuur 13: iOS Beacon Manager
15
We maken onze beacon manager aan en instantiëren onze variabele. We stellen ook de beacon manager delegate in.
5.1.2.2 Connect met beacon
Figuur 14: iOS Beacon connect
Op bovenstaande afbeelding stellen we onze beacon manager in om te monitoren. Net zoals bij de Android applicatie, geven we het ID van onze beacon mee. Zo weet onze beacon manager op welke beacon hij zich moet focussen.
5.1.2.3 Beacon listener en notificatie
Figuur 15: iOS beacon listener
We luisteren naar de ‘didEnterRegion’ methode en kunnen zo hetzelfde bericht sturen naar de notificatie.
5.1.2.4 Resultaat Het resultaat is ongeveer hetzelfde als van Android, alleen van het iOS notificatie center. Dit ziet er ongeveer zo uit:
Figuur 16: iOS resultaat
16
5.2
Toepassingen
Er zijn veel toepassingen voor beacons. Hieronder worden er drie locaties beschrijven waarmee de meeste mensen alle dagen in contact komen. Daar stopt het natuurlijk niet. Location tracking en beacons kunnen overal worden toegepast waar mensen komen. Het moet zelfs niet in een slimme omgeving zijn.
Living We kunnen location tracking toepassen bij ons thuis, voorbeeld in de living. We hebben een kamer die ongeveer 6 meter lang en 4 meter breed is. Dat geeft ons een oppervlakte van ongeveer 24 m². We plaatsen drie beacons op drie muren. Zo beslaan we de meeste oppervlakte van de kamer. We plaatsen de beacons zodanig dat ze in de meeste gevallen altijd in direct zicht zijn van een smartphone. Deze kamer staat vol met meubels, maar dit zal onze beacons niet verstoren.
Figuur 17: Living plattegrond
Figuur 18: Living Beacon Coverage
17
5.2.1.1 Slimme omgeving Hoe kan onze omgeving nu reageren op onze aanwezigheid? Een persoon komt binnen met zijn smartphone en herkent onze beacon. De smartphone weet zo waar hij zicht bevindt en verstuurt een signaal naar een controller die bijvoorbeeld het licht aanstuurt en de hele kamer wordt verlicht. Hetzelfde kan ook toegepast worden, maar omgekeerd. Als de laatste persoon de kamer verlaat, dan registreert hij geen beacons meer. Zo weet de controller dat er niemand meer in die kamer aanwezig is en dooft alle lichten. ’s Avonds na een lange werkdag is het altijd een optie om lui in de zetel te liggen en naar de tv te kijken. De persoon neemt plaats in de zetel met zijn smartphone. Naast de zetel hangt er een beacon die de smartphone ziet en de smartphone verstuurt een signaal naar de controller die de tv automatisch aanlegt.
Winkel Een winkelruimte is meestal groot en rechthoekig. Hier kunnen we gemakkelijk beacons plaatsen op de muren en eventueel op de rekken of tussenmuren binnen de winkel zelf. Het voordeel hiervan is dat we te allen tijde kunnen weten waar een smartphone zich bevindt. Het is dan ook mogelijk om meldingen te versturen naar het apparaat.
Figuur 19: Winkelruimte plattegrond
Figuur 20: Winkelruimte beacons
5.2.2.1 Interactie Aan de ingang van de winkel hangt er een beacon. De smartphone van de gebruiker ziet deze beacon en verstuurt een signaal. Zo weten we dat er een persoon binnengekomen is in de winkel. Deze persoon loopt door de winkel met zijn smartphone in zijn zakken. Hij stopt aan een hele wand met T-shirts en haalt zijn smartphone boven. Doordat er hier ook een beacon hangt, ziet de smartphone deze beacon. De smartphone verstuurt een request en krijgt alle T-shirts terug die momenteel aan die wand hangen. Hij ziet zijn favoriete shirt en kijkt of die beschikbaar is in zijn maat. Is deze niet beschikbaar, dan kan hij een andere Tshirt passen met zijn maat en eventueel de gewenste T-shirt bestellen.
18
Hij loopt verder door de winkel en komt aan een rek schoenen. Naast dat rek schoenen hangt een scherm en een beacon. De smartphone herkent de beacon en daardoor schiet de tv aan met een eventuele promotie code. De gebruiker scant deze code in en kan deze aan de kassa gebruiken om korting te krijgen op zijn artikels. Als we dit systeem nu uitbreiden, dan kunnen we zelfs naar een systeem gaan waar zelfs geen kassa aan te pas komt. De gebruiker registreert zich aan de hand van een applicatie waar hij al zijn gegevens in kan geven. Aan de uitgang van de winkel plaatsen we een beacon. Wanner de gebruiker de winkel verlaat, passeert hij automatisch aan deze beacon. De smartphone herkent deze beacon en de gebruiker krijgt een melding dat hij enkele artikels in zijn mandje heeft zitten. Na bevestiging wordt zo de betaling opgestart en krijgt de gebruiker zijn artikels thuis opgestuurd. Zo hebben is er meteen een oplossing gevonden aan het winkelen met grote zakken.
Werk omgeving Op het werk kan dit ook toegepast worden. Niet alleen kan dit handig zijn voor de werknemers, maar ook voor de werkgevers. De werkgever kan bijvoorbeeld via een systeem data opvragen van zijn werknemers.
Figuur 21: Kantoor gebouw
5.2.3.1 Slimme omgeving Aan de ingang hangt een beacon naast een scherm. De smartphone van de gebruiker ziet deze beacon. Het scherm vertoond nu een welkomstbericht met de naam van de gebruiker. Dit kan zo uitgebreid worden dat de deur automatisch ontsluit en open gaat wanneer een persoon met de juiste machtigingen aan de ingang komt. Wanneer deze werknemer aan zijn bureau komt, kan er daar ook een beacon op bevestigt worden. Zo wordt bijvoorbeeld automatisch het licht aangestuurd. Zoals daarnet al aangehaald, kan dit ook interessant zijn voor de werkgever. Via een systeem worden alle tijdstippen van elke beweging geregistreerd. De werkgever kan zo zien wanneer een werknemer aankwam op het werk en wanneer hij deze verlaat. Hij kan eigenlijk ook zien waar de werknemer overal rondliep op de werkvloer. Zo weet hij of er een bepaalde dag veel rondgelopen werd of gewerkt werd.
19
6 Besluit 6.1
Algemeen besluit
Uit deze bachelorproef kan besloten worden dat leven in een slimme omgeving vele voordelen heeft naar automatisatie toe. Er bestaan genoeg technologieën om dit te verwezenlijken. Uit deze bachelorproef kunnen we de voor- en nadelen halen uit deze technologieën. Daaruit volgt dat de beacons de beste kansen geven om een slim apparaat te tracken binnenshuis. Tegenwoordig wordt dit systeem nog niet echt toegepast, het wordt alleen gezien als extraatje bij een bestaande applicatie. Als men dit ten volle wil gebruiken, dan moet er nog veel research gebeuren. De beacons zijn namelijk niet 100 percent nauwkeurig. Zoals daarnet gebleken bedraagt de gemiddelde afwijking ongeveer 73 centimeter. Beacons zijn een handig hulpmiddel om location tracking toe te passen. Het is momenteel een van de weinige technologieën om dit toe te passen binnenshuis. En dat is precies waar we dit willen gebruiken. Wanneer klanten persoonlijk worden aangesproken door hun omgeving, hebben ze sneller de neiging om iets te kopen, of om zich thuis te voelen. Daardoor kan gevoeligere data worden opgeslagen of gebruikt van de gebruiker. Natuurlijk gaat dit dan gepaard met de privacy, maar aangezien de gebruiker de applicatie gebruiken, gaan ze akkoord met de voorwaarden. Daaruit volgt dat ze akkoord zijn dat persoonlijke gegevens opgeslagen worden of gedeeld worden met een derde partij.
6.2
Persoonlijk besluit
Deze bachelorproef was niet helemaal gekoppeld aan mijn stage. Ik volg stage in WaveBytes in Diksmuide. Daar ben ik een Android Developer en werk hun product uit voor het Android platform. Dit gaat volledig van start, dat wil zeggen alle schermen uitwerken, een prototype maken en de finale versie uitwerken. De inhoud van de stage kan ik eigenlijk samenvatten in een kort stukje: Motex is een systeem om de gebruikers te tracken in een bestaande winkelruimte. Hoe lang ze bij een bepaald artikel staan en in welke artikels ze geïnteresseerd zijn. Zo kan een slimme omgeving worden toegepast om zo gericht marketing toe te passen. Hoewel dit niet helemaal gekoppeld werd aan de stage, liepen veel dingen toch door elkaar. Zo kreeg ik op mijn stage plaats ook te maken met location tracking en beacons. Het voordeel hieruit was dat ik veel research kon uitvoeren op de stageplaats. Persoonlijk vond ik de tijd om deze bachelorproef te schrijven wat te weinig. De combinatie met de stage en het schoolvak dat ik volg, was een beetje te veel om een volledig onderzoek te vormen rond deze technologie. Met beacons werken is heel aangenaam. Ik werkte vooral met Estimote Beacons. Deze beacons hebben hun eigen SDK, maar ook Google en Apple hebben hun eigen SDK ontwikkeld om voor deze platformen te ontwikkelen. Dat maakt het natuurlijk een stukje leuker.
20
7 Figurenlijst 7.1
Figuren
Figuur 1: Beacon image ........................................................................................................ 1 Figuur 2: Beacon werking ..................................................................................................... 2 Figuur 3: Beacon vuurtoren ................................................................................................... 2 Figuur 4: Bluetooth logo ........................................................................................................ 3 Figuur 5: RFID chip vergeleken met een rijstkorrel ................................................................ 6 Figuur 6: NFC gebruikt om te identificeren ............................................................................ 8 Figuur 7: GPS werking .........................................................................................................10 Figuur 8: Android beacon Manager ......................................................................................12 Figuur 9: Android beacon connect ........................................................................................13 Figuur 10: Android beacon listener .......................................................................................13 Figuur 11: Android notificatie ................................................................................................14 Figuur 12: Android resultaat .................................................................................................15 Figuur 13: iOS Beacon Manager ..........................................................................................15 Figuur 14: iOS Beacon connect ............................................................................................16 Figuur 15: iOS beacon listener .............................................................................................16 Figuur 16: iOS resultaat........................................................................................................16 Figuur 17: Living plattegrond ................................................................................................17 Figuur 18: Living Beacon Coverage......................................................................................17 Figuur 19: Winkelruimte plattegrond .....................................................................................18 Figuur 20: Winkelruimte beacons .........................................................................................18 Figuur 21: Kantoor gebouw ..................................................................................................19
7.2
Grafieken
Grafiek 1: Vergelijking gemeten afstand - werkelijke afstand ................................................. 4
21
8 Bronnen Indoor Location Tracking. (z.j.). Geraadpleegd van http://lighthouse.io/ Gomez, C. A. R. L. E. S., Oller, J. O. A. Q. U. I. M., & Paradells, J. O. S. E. P. (2012, 29 augustus). Overview and Evaluation of Bluetooth Low Energy. Geraadpleegd van http://www.mdpi.com/1424-8220/12/9/11734/htm Beacon Tech Overview. (z.j.). Geraadpleegd van http://developer.estimote.com/ Indoor Location Sensing Using Active RFID. (z.j.). Geraadpleegd van http://link.springer.com/article/10.1023/B:WINE.0000044029.06344.dd#/page-1 Businessinsidercom. (2016). Business Insider. Geraadpleegd van http://uk.businessinsider.com/beacons-and-ibeacons-create-a-new-market-2013-12?r=US Techtimescom. (2015). Tech Times. Geraadpleegd van http://www.techtimes.com/articles/68932/20150715/google-eddystone-vs-apple-ibeacon-bigclash-between-tiny-bluetooth-beacons.htm Mdpicom. (2016). MDPI. Geraadpleegd van http://www.mdpi.com/1424-8220/12/9/11734/htm Springercom. (2016). Springercom. Geraadpleegd van http://link.springer.com/article/10.1023/B:WINE.0000044029.06344.dd Physicsorg. (2016). Physicsorg. Geraadpleegd van http://www.physics.org/articlequestions.asp?id=55
22
9 Bijlagen 9.1
Bijlage 1 – Tabel afstand berekenen Test 1
Werkelijke afstand (m)
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
6,00
7,00
8,00
Gemeten afstand (m)
0,57
1,51
1,70
2,06
2,75
1,93
2,69
4,03
4,00
4,00
5,02
6,03
11,01
Foutmarge (m)
0,07
0,51
0,20
0,06
0,25
1,07
0,81
0,03
0,50
1,00
0,98
0,97
3,01
Gemiddelde fout (m)
0,73
Test 2 Werkelijke afstand (m)
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
6,00
7,00
8,00
Gemeten afstand (m)
0,69
0,81
1,30
1,43
2,50
1,74
2,67
4,76
3,35
3,94
3,83
5,93
11,15
Foutmarge (m)
0,19
0,19
0,20
0,57
0,00
1,26
0,83
0,76
1,15
1,06
2,17
1,07
3,15
Gemiddelde fout (m)
0,97
Test 3 Werkelijke afstand (m)
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
6,00
7,00
8,00
Gemeten afstand (m)
0,51
0,62
1,06
1,18
2,21
1,47
2,37
4,54
3,06
3,67
3,56
5,82
11,84
Foutmarge (m)
0,01
0,38
0,44
0,82
0,29
1,53
1,13
0,54
1,44
1,33
2,44
1,18
3,84
Gemiddelde fout (m)
1,18
Test 4 Werkelijke afstand (m)
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
6,00
7,00
8,00
Gemeten afstand (m)
0,21
0,62
0,71
0,88
1,22
0,82
1,19
1,88
1,86
1,86
2,41
2,97
5,84
Foutmarge (m)
0,29
0,38
0,79
1,12
1,28
2,18
2,31
2,12
2,64
3,14
3,59
4,03
2,16
Gemiddelde fout (m)
2,00
Test 5 Werkelijke afstand (m)
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
6,00
7,00
8,00
Gemeten afstand (m)
0,58
1,21
1,55
2,19
3,08
2,95
2,72
4,22
4,48
4,58
4,78
7,22
7,26
Foutmarge (m)
0,08
0,21
0,05
0,19
0,58
0,05
0,78
0,22
0,02
0,42
1,22
0,22
0,74
Gemiddelde fout (m)
0,37
Test 6 Werkelijke afstand (m)
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
6,00
7,00
8,00
Gemeten afstand (m)
0,28
0,73
1,00
1,59
2,43
1,73
1,39
2,14
1,73
2,89
4,33
6,15
7,87
Foutmarge (m)
0,22
0,27
0,50
0,41
0,07
1,27
2,11
1,86
2,77
2,11
1,67
0,85
0,13
Gemiddelde fout (m)
1,10
