Beacons funktionieren nach dem Sender-Empfänger-Prinzip: Wie der Name bereits sagt, sind Beacons (englisch: Leuchtturm, Signalfeuer) kleine Transmitter. Statt Licht senden sie ihre Identitätskennung (ID) aus. Kommt ein Empfänger, zum Beispiel ein Smartphone oder ein Handheld-Gerät, das mit einem entsprechenden Chip etwa von Nordic Semiconductor ausgestattet ist, in die Reichweite des Senders, kann es die ID und Signalstärke des Beacons identifizieren. Das Empfangsgerät bezieht über eine App oder Direktservices die mit der ID des Beacon verknüpften Daten oder Befehle aus der Cloud. Die entsprechende Internetseite, das Datenblatt oder Formular erscheint daraufhin auf dem Smartphone. Da Beacons auf Bluetooth Smart basieren, ist ihr Funkbetrieb sehr energieeffizient: So versieht der kleine Sender mit nur einer CR1632-Knopfzelle monatelang seinen Dienst.
Für Gerätehersteller als auch Shop- oder Infrastruktur-Betreiber und Dienstleister bis hin zum Endkunden eröffnen Beacons damit unzählige Möglichkeiten: Einkaufszentren können ihre Besucher nicht nur zum gesuchten Shop führen, sondern im Vorbeigehen auch auf Aktionen, Sonderangebote oder Wunschartikel aufmerksam machen. Die amerikanische Baseball-Liga MLB hat Beacons in Stadien angebracht, um Fans unter anderem auf bessere Sitzplätze hinzuweisen. Im Flughafen oder am Bahnhof lassen sich Reisende an ihr Terminal beziehungsweise ihren Bahnsteig navigieren. Dort erfahren sie via Beacon, ob der Zug auch pünktlich sein wird. Eine besondere Art der Navigation bietet BlindSquare: Die GPS-App für Blinde und Sehbehinderte nutzt Beacons, um die jeweilige Umgebung zu beschreiben und auf Kreuzungen oder interessante Punkte hinzuweisen.
Im Industrieeinsatz erlauben die kleinen Sender beispielsweise die Zeit- und Positionserfassung von Mitarbeitern oder Maschinen oder auch die Identifizierung von Personen, die zur Bedienung bestimmter Maschinen befugt sind. Dabei sendet ein Beacon in einer Stanzmaschine seine ID an das Handheld-Gerät eines Mitarbeiters. Dies schickt die ID an einen Server, auf dem hinterlegt ist, ob der Mitarbeiter berechtigt ist, die Maschine zu nutzen. Nur wenn das der Fall ist, schaltet der Server die Stanzmaschine frei. So lässt sich zudem sekundengenau protokollieren, wann diese von welchem Mitarbeiter genutzt wurde.
Zu Hause im Wohnzimmer verbindet sich das Smartphone dank Beacon selbsttätig mit dem Fernseher, so dass sich dieser via Handy bedienen lässt; im Schlafzimmer stellt es sich automatisch auf lautlos. Beim Verlassen des Hauses, wenn die Verbindung zu den heimischen Beacons abbricht, schalten sich alle Geräte und Lichter aus und die Alarm-
anlage an.
Komplettpaket für eigene Anwendungen
Nordic Semiconductor bietet mit dem Bluetooth Smart Beacon Kit nRF51822 ein Komplettpaket, mit dem Entwickler einfach und schnell ihre Ideen realisieren können. Es setzt zwar auf dem iBeacon-Standard von Apple auf, ermöglicht aber auch proprietäre Beacon-Applikationen für iOS- und Android-Smartphones. Das Kit enthält alle benötigte Hard- und Software. Der Beacon setzt auf dem Multiprotokoll-nRF51822 Bluetooth Smart und 2,4-GHz-SoC von Nordic auf. Das flexible Multiprotokoll-SoC ist für Bluetooth-Smart- und 2,4-GHz-Ultra-Low-Power-Drahtlosanwendungen zugeschnitten. Es basiert auf einer 32-Bit ARM Cortex M0 CPU mit 256 kByte oder 128 kByte Flash und 16 kByte oder 32 kByte RAM-Speicher. Während des aktiven Sendens benötigt der Baustein nRF51822 lediglich 5,5 mA, und durch schnellen Datentransfer sowie Ruhe- und Sleepmodus fällt auch der Gesamtenergieverbrauch sehr niedrig aus.
Die Firmware stellt der Hersteller als Source Code zur Verfügung. Mit ihr lassen sich Beispielszenarien erstellen, mit denen Entwickler ihre Produktideen testen können. Für Android gibt es im Google Play Store die kostenlose nRF Beacon App, für Apple steht die App auf der Nordic-Website zur Verfügung. Das vorinstallierte Einsatzszenario ist in beiden Fällen eine Kunstgalerie. Dieses Beispiel lässt sich schnell und einfach für verschiedenste Anwendungen abwandeln.
Mit dem Over-The-Air Device Firmware Upgrade (OTA-DFU) des Chips nRF51822 kann man die Beacon-Firmware auch im Feld aktualisieren. Die Version 7.0 der S110 SoftDevice ermöglicht auch flexible Firmware-Upgrades. Damit können über eine geräteeigene Drahtlosverbindung nicht nur teilweise Upgrades und Fehlerbehebungen erfolgen, sondern auch vollständige Upgrades von Anwendungen sowie Protokollstacks des Bausteins nRF51822. Mit alternativen, statischen ROM/OTP-basierten ULP-Drahtlos-SoCs ist das nicht möglich. Um neben dem reinen Datenaustausch auch eine Positionsbestimmung zu ermöglichen, setzt Nordic auf den Proximity Service der S110 SoftDevice. Mit Hilfe der RSSI-Werte (Received Signal Strength Indication) des nRF51822-Transceivers ermittelt dieser die Entfernung zum Empfangsgerät.
Mit diesen Merkmalen ist die Beacon-Technologie eine sinnvolle Ergänzung zu anderen Drahtlos-Technologien wie NFC, WiFi und GPS mit zahllosen neuen Applikationsmöglichkeiten. Denn anders als diese erlauben die Beacons eine dezimetergenaue Ortung auch innerhalb von Gebäuden. Das „Leuchtfeuer“ der Beacons strahlt zudem durch niedrige Produktionskosten, geringen Stromverbrauch und eine Übertragungsreichweite von bis zu hundert Metern.
Optimale Unterstützung vom Distributor
Unterstützung bei der Umsetzung von Projekten erhalten Entwickler bei Rutronik. Der Distributor fokussiert sich mit seinen Sparten Rutronik Embedded und Rutronik Smart ganz gezielt auf Lösungen innerhalb des Internet of Things. Dabei richtet sich der Bereich Embedded an Kunden, die ein Mainboard als Basis für steckbare Peripherie mit Standardschnittstelle verwenden. Kunden, die ihre eigene Platine designen und dafür SMT-Komponenten einsetzen, finden bei dem Smart-Bereich alle Komponenten sowie Support. Zu dessen Produktportfolio zählen hier neben den Beacons auf Chip- und Modul-Basis (RF Digital RFD51822) auch Wireless-Chips und -Module von günstigen GSM-Modulen bis zu zukunftssicheren LTE-Lösungen, NFC- und RFID-Lösungen, Antennen bis hin zu spezifischen M2M SIM, MEMS-Sensoren beziehungsweise Sensor Hubs, Low-Power-Mikrocontroller, energieeffiziente Stromversorgungen sowie alle ergänzenden Komponenten vom Steckverbinder bis zum Schalter oder Sockel.
