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标题

iBeacon近场感知技术在图书馆的应用研究

范文

黄悦深

摘要对图书馆而言，iBeacon以其低功耗、易部署、成本低的技术特性，极可能成为图书馆空间数字化的基础实施方案之一。论文分析了iBeacon技术的发展概况、技术原理与应用现状，重点探讨了iBeacon技术在图书馆的应用方向，包括实时签到、展厅导览、基于情境的信息推送、O2O营销推广。

关键词 iBeacon 近场感知技术情境应用图书馆

分类号 G250.7

DOI 10.16810/j.cnki.1672-514X.2017.08.010

Research on the Application of iBeacon Proximity Sensors Technology in Library

Huang Yueshen

Abstract In terms of the library， iBeacon is very likely to become one of the basic implementation plan of library space digitization， with its low power consumption， easy deployment and low cost. This paper firstly analyzes the overview of the development of ibeacon technology， technology principle and application status， and then focuses on the ibeacon technology application in library， including real-time check-in， gallery guide， information push based on the situation， O2O marketing.

Keywords iBeacon. Proximity sensors technology. Situational awareness applications. Library.

0 引言

芬蘭奥卢大学图书馆的学者认为，智慧图书馆是一个不受空间限制的、可被感知的移动图书馆服务，它可以帮助用户找到所需图书和相关资料[1]。国内学者王世伟认为，智慧图书馆的要素是“书书相连”“书人相连”“人人相连”“任何时间可用”“任何地点可用”和“任何方式可用”[2]。这些论述，都突出了智慧图书馆的新特性——“互连”与“感知”。

互连与感知是图书馆智慧服务的基石，由此发轫，国内学者提出了以SoLoMo作为智慧图书馆的构建模式[3]。SoLoMo强调“位置”“实时性”“身份”和“交互性”，与智慧图书馆的核心要素相吻合，因此，SoLoMo是一个理想的构建框架。但是，SoLoMo需要建立具体的构建技术和部署方案才能实现。因此，笔者认为，相关研究应在SoLoMo框架下，着重结合新技术的应用，深入探讨具体可行的技术实施方案。

在SoLoMo框架中，近场感应是关键的基础性技术，直接决定着顶层应用能否足够“智慧”。本文将探讨一项新的近场感应技术iBeacon在图书馆的应用。iBeacon源自2013年6月苹果WWDC大会上发布的技术概念iBeacon——苹果将其定义为Proximity Sensors（距离接近感应器），一种基于低功耗蓝牙技术（蓝牙4.0或BLE）的近场感知技术。受到苹果公司的影响和带动，不少智能硬件设备生产商开始研究和生产基于BLE的iBeacon设备及其部署方案。至2014年，基于iBeacon的各种应用已在多个行业部署实施。对于图书馆而言，iBeacon技术的积极意义在于继资源数字化、服务数字化后，空间数字化将是数字图书馆的下一个发展方向。那么，哪些物联网技术适用于图书馆的空间数字化？这是一个重要的课题。iBeacon技术以其低成本、易部署、管理灵活、普及度高、开发难度低等技术优点，使其极有可能成为适用于馆舍空间数字化进程中的基础技术之一。

1 iBeacon技术的发展沿革

1.1 技术背景

当下的移动互联应用拥有强大的线上交互能力，但是，对线下情境却鲜有知晓。相对于强大的远程应用，智能移动设备的本地应用亟待发展。本地应用的意义在于沟通“线上虚拟空间”和“线下实体空间”，应用的关键点在于如何赋予智能移动设备情境感知的功能，使得设备能够实时、精确地收集用户的位置、身份、活动等情境信息。

目前，能够支持实现线上服务与线下环境无缝交互的主流技术有：Wi-Fi、蓝牙、ZIGBEE、RFID、NFC，每种技术都有各自的特点以及各自适用的场合。其中，蓝牙技术的优势在于精确感知、部署灵活、容易植入，而且技术普及度高（移动设备基本都配备蓝牙），但是，由于过去的蓝牙技术（蓝牙3.0以下）存在感知距离短（少于10米）、长时间通讯能耗大的缺点，使得蓝牙技术难以应用。直至2012年，以低功耗、长传输距离为特点的低功耗蓝牙技术（蓝牙4.0或BLE）普及应用，蓝牙技术才真正成为具有实用价值的位置感知技术。

1.2 发展历程

（1）萌芽期。2013年6月的WWDC上，作为IOS 7.0中最重要的新特性之一，苹果正式对外公布了iBeacon。虽然发布会上并未提及iBeacon，而且苹果也没有对外公布这项技术的细节，但是，iBeacon的名称出现在演示幻灯片上，引起了强烈的关注和猜测。

同期，一家名为Estimote的创业公司宣布推出一套iBeacon产品及整套应用部署方案。Estimote是2012年由两位波兰计算机科学家创立的公司，致力于创建一套现实世界的互动方案，其核心技术就是低功耗蓝牙。Estimote的标准方案包括3个称为“尘粒”的iBeacon设备和一套开发者工具包，开发者使用1个基站可以测量智能手机与基站的距离，使用三个基站能精确定位智能手机[4]。

Estimote的实现思路与技术方案与苹果公司不谋而合，是最早推出的基于BLE技术的应用方案商。经过苹果WWDC大会的宣传，以及Estimote公司的应用方案，人们对这项新应用有了初步的了解。随后，关于iBeacon的应用展望、优缺点分析、与其他同类应用的比较等讨论迅速成为热点话题。

（2）试验期。2013年12月，苹果在全美254家零售店部署iBeacon应用，向店内的用户提供关于产品的通知、活动以及其他信息；同期，美国梅西百货开始在店內部署iBeacon传感器，称之为ShopiBeacon——顾客在经过不同的楼层、不同商铺时会接受到不同的产品推荐信息。这标志着iBeacon从概念讨论进入到实践试验。

与任何新技术一样，人们对iBeacon应用有褒有贬。Estimote的创始人贾科布·克兹奇认为，“易装易用、成本相对低廉使iBeacon技术容易普及应用。” [3]反对者则认为iBeacon应用会给用户带来信息骚扰、隐私泄露等问题。无论支持与反对，对iBeacon发展来说都是有益建言。并且，事实表明，iBeacon获得了业界的支持，形成了包括低功耗蓝牙芯片厂家、iBeacon设备厂家、应用方案商在内的产业服务群，这为iBeacon的大量应用奠定了基础。

（3）应用初期。2014年，iBeacon的应用数量快速上升。据IndoorLBS的统计数据，至2014年2季度底，全球只有约2000个iBeacon的部署案例，至3季度上升至约10 000例，至4 季度结束，预计将升至50 000例[5]。商业零售是iBeacon应用的主要行业，占比75%，其次是交通运输行业，占比20%。此外，iBeacon技术在智能家居、博物馆、体育场馆、银行、会展、饮食、娱乐、房产、教育、电子商务领域都有应用方案。虽然iBeacon已在多个行业部署使用，但是仍然以试验性使用为主，大范围、上规模的普及应用仍未到来，整体发展仍处在应用初期阶段。

2 iBeacon技术原理及其应用现状

2.1 技术原理

iBeacon的出现让位置感知更加精确——从百米精度级别提高到分米级别。凭借高精度的地理围栏，很多实际物体都有条件标识自己的位置。例如，一张桌子或一个书架，可以通过部署iBeacon设备向外界发射iBeacon数据，当装载蓝牙的移动设备进入信号区域，会自动探测和接收数据，从而“感知”到物件的存在。在这个过程中，iBeacon数据是设备之间建立互联感知的纽带。iBeacon数据是基于BLE通讯协议制定的广播数据，它有特定的数据包结构。其中，包含实际信息的数据包由前缀数据以及4个有实际意义的数据。如图1所示[6]。

Proximity UUiD，Major，Minor是一组身份属性值，作为iBeacon设备的全球唯一标识值。TX power反映了用户接收的iBeacon信号强度值RSSi（RSSi- Received Signal Strength indication）。在实际应用中，iBeacon发射设备以设定的时间间隔和发射距离不断地发射iBeacon广播数据，当装载了配套APP以及蓝牙4.0的设备进入到信号区域内，APP会自动监测和接收iBeacon广播数据，然后通过比对当前的RSSi和既定距离（如1米）的RSSi值，测算出用户与iBeacon发射设备的距离。当距离小于设定阀值时，APP会执行指定的响应事件，从而产生基于地理位置的情境应用。

值得注意的是，无论是苹果公司对iBeacon的最初定义，还是iBeacon的工作原理，都清楚地表明iBeacon是一种用于感应和测量距离接近程度的应用。但是，目前国内很多资料将iBeacon直接等同于室内定位技术，这是有失偏颇的。事实上，室内定位只是iBeacon的一种应用方向，而且，这种应用需要通过三角定位、指纹算法等额外的算法来支持。

2.2 应用现状

目前，iBeacon技术已在多个行业应用，主要的应用方向包括以下内容。

（1）室内导览。主要应用在商业百货、展览场馆中，基于iBeacon设备感知用户的地理位置，进行情境信息推送、室内导航服务。（2）商品导购。2013年12月，苹果开始在其全美254家零售店中部署iBeacons技术，开创了商业零售应用iBeacon技术的先河。随后，梅西百货迅速引入了这项技术，为旗下几家店铺建立了名为“ShopiBeacon”的“电子围栏”，当顾客在这几家商场购物时，商场可以通过ShopiBeacon捕捉到顾客的位置，进而推送各类促销信息[7]。随后，Safeway、Giant Eagle等200家商店采用inMarke公司的服务方案，部署iBeacon应用，为顾客提供自动推荐和智能导购服务。截至2014年6月，全美已超过600家零售商店部署了iBeacon应用[8]。

（3）情境感知。iBeacon和配套APP所起到的作用是将线上和线下环境关联起来，使得用户在实体环境中的活动也能被感知和纪录，解决了移动互联应用只能提供线上服务，却不能提供与用户使用情境相关的本地化服务的问题。2013年底，移动支付领域的领头羊Paypal公司发布了基于iBeacon技术的自动签到式的移动支付产品。在安装了iBeacon 无线支付设备的商店中，用户进入到商家的结账区域内，POS机上就会显示用户头像，经过口头确认就可以进行付款[9]，这是情境应用的一种模式。每个机构都有自己的应用点和业务模式，因此，情境应用拥有无限种实现方案，关键是创造出环境关联性、个性化和优化体验的应用，在合适的时间与地点为用户提供合适的服务。

3 iBeacon在图书馆应用的可行性

图书馆对待iBeacon的态度如何？笔者认为是积极的。首先，信息技术是图书馆服务创新的重要动力，从业务自动化到资源数字化，再到当前的服务SoLoMo化，每次服务革新的背后都离不开新技术的支持。其次，图书馆界对技术发展保持高度的敏感与热情，在可行的条件下，对新技术始终保持最大的欢迎、包容与支持的态度。最后，图书馆是SoLoMo化服务的积极参与者，与iBeacon同属近场感应技术的RFiD已在图书馆应用多年，积累了丰富的实践经验与成效。在此基础上，笔者将深入探讨iBeacon在图书馆的应用可行性，以及可能的应用方案。

另外，对于新技术的应用，除了考虑其前景与效益外，还必须综合考虑实现难度、投入成本等因素，因此，笔者将从硬件性能、投入成本、技术难度三个方面分析iBeacon技术在图书馆应用的可行性。

3.1 硬件性能

在国外，Estimote是最早从事iBeacon设计生产的创投公司，技术处于领先地位，高通、德州仪器、Particle iBeacon、Glimworm iBeacon等也是知名的iBeacon设备商。在国内，四月兄弟和Minew公司有较高的知名度。

iBeacon设备包括BLE射频芯片、电池以及固件三部分。在选用iBeacon时，主要考虑电池的实际供电时长。因为在大规模的应用部署里，对iBeacon电量的监控及电池的更换是一个高成本的工作，所以电池的工作时长是影响实际使用效果的最关键因素。电池供电时长取决于BLE芯片和使用配置两个方面。目前，主流的BLE芯片厂家有Texas instrument（德州仪器）、Nordic Semiconductors以及Bluegiga、Gimbal（高通）。德州仪器和Nordic是市场占据率最大的芯片厂家，Estimote使用了Nordic的芯片，而国内的四月兄弟及Minew公司都使用德州仪器的芯片。使用配置包括发射电量和广播间隔两个固件属性。iBeacon设备发射信号需要一个基础电量，就叫做TX Power，值越大，信号传播距离越远，但耗电约多。广播间隔是指iBeacon发射信号的时间间隔，间隔越短，接收端感应越灵敏，但耗电越多。这两个固件属性值可由用户根据实际需要通过软件配置。图2对比了四种芯片在发射电量为-12dBm（广播距离约15米），广播间隔为645毫秒的工作模式下，使用240毫安锂电池的工作时长。

3.2 投入成本

目前，国外iBeacon设备的价格在30～100美元之间，如Estimote的iBeacon3件套装售价99美元。在国内，四月兄弟的iBeacon售价为66元，Minew公司的iBeacon售价约50元。总体来看，当前的iBeacon硬件价格稍贵，不适宜大规模部署使用，只适宜局部、少量地部署。从长远来看，随着应用普及，设备出货量增大，产品价格将持续走低。与iBeacon配合使用的APP应用开发也需要人、财、物的投入，具体的投入情况需要根据实际使用情况和开发模式而定。

3.3 技术难度

在iBeacon硬件端，设备生产商已将底层的通讯技术封装起来，为用户提供易用的API调用方法。用户只须按照接口规范调用，即可实现基本的iBeacon广播发送与监测过程。有些生产厂商还开发出特别的功能算法并提供API调用。如Estimote公司在2014年9月，研发出基于4个iBeacon设备的室内定位算法，在產品的开发者工具包软件中设置好相对位置后，将会生成一段代码，开发者可以将这段代码嵌入到其它APP中进行定位调用[10]。

在移动设备端，苹果公司已在2014年初正式公布了iBeacon的调用接口。这些接口包含在两个框架内，一个是CoreLocation.framework——用于定义和监测iBeacon设备。其中，CLiBeaconRegion类负责创建一个iBeacon设备并赋予标识值，CLLocationManager类负责注册并监视一个或多个iBeacon设备，通过StartRangingiBeacons方法开始监视，当发现iBeacon设备时调用回调函数DidRangeiBeacons可以获得移动设备与iBeacon设备间的距离。另一个框架是CoreBluetooth.framework——用于发送iBeacon广播数据，具体实现由CBPeripheralManager类完成，通过设置CBPeripheralManagerDelegate代理方法peripheralManagerDidUpdateState，可以根据蓝牙开启状态，判断是否广播iBeacon数据。安卓系统还没正式公布iBeacon的调用方法，但是，由于低功耗蓝牙技术和定位技术都早已应用到设备中，因此要实现类似功能并非难事，目前，已有自由开发者实现了在安卓上的iBeacon功应用。

4 图书馆的iBeacon应用方向

2014年，iBeacon技术在多个行业领域都有精彩的应用，但是，它仍然是一种试验性技术、仍然处于应用初期，它的使用模式、应用方案仍没成型，还有很大的可塑空间，而且，结合上述可行性分析，笔者认为iBeacon技术目前尚不具备在图书馆界广泛推广使用的可能。但是，以BLE技术为基础的iBeacon应用，具有低能耗、长距感知、易用易部署、技术普及高的优点，是比较理想的接近感知技术，在各个行业领域都有适用的场合，其发展前景十分良好。因此，图书馆界应该密切跟踪该技术的发展与应用，并将其作为SoLoMo化应用的落地方案，开展试验性应用。可将图书馆的实际服务情况和iBeacon的技术特点相结合，创造一系列实用价值高的应用方案，在小范围内开展试验性部署。

4.1 实时签到

签到是iBeacon技术的常见应用方案，零售商家通过各种签到奖励或互动游戏的方式，吸引顾客关注特定的品牌产品。相比于已有的近场通讯技术，如NFC、RFID的接触式签到方式，通过iBeacon签到更加简便。由于它的信号感应距离远（30米以内），因此，用户只须保持蓝牙开启状态，即便远离iBeacon基站，也能实现自动签到，整个过程无须用户参与，实现了设备间的无缝通讯。

图书馆可以建立基于iBeacon的签到服务，记录读者在馆内的使用行为。通过结合使用身份验证功能的APP，图书馆可以收集到读者的到馆情况，包括读者喜欢到哪个书库、喜欢在哪类书架前驻足、每次到馆时间多少。通过APP感应特定位置的iBeacon信号，计算出读者所处的位置信息，从而综合判断读者的使用情况，并将数据传回服务器数据库中纪录。签到服务是一个基础性应用，当图书馆掌握了足够丰富的读者使用数据时，才能根据读者的使用情境推送“智慧”的服务，如向读者实时推送他感兴趣的新书。换言之，签到应用是构建智慧图书馆的基础性服务，而iBeacon技术为这项应用提供了可行易用的实现方案，可见，iBeacon技术对于构建大数据时代的智慧图书馆服务是很重要的。

4.2 展厅导览

导览是iBeacon技术比较成熟的应用方案之一，在多种场馆、大型活动中已有成功的部署。位于比利时安特卫普的鲁本斯故居博物馆，部署了iBeacon应用。当游客手持装载了导览APP的移动设备进入各个展厅内的不同展品前，会触发不同的互动效果，包括通过小测试的方式讲述展品的故事，通过扫描的方式细说作品的艺术价值，如青岛世园会采用iBeacon做植物馆智能游览服务[11]。

图书馆一般都设有展厅，不定期布展，因此，可以尝试引入iBeacon应用，仿效已有的应用案例，为读者提供更丰富、深度的导览服务。此外，在图书馆馆舍内，针对有特色、有故事的建筑、布局及位置，也可以部署iBeacon应用，为读者（尤其是首次到访者）推送介绍信息。

4.3 基于使用情境的信息推送

基于使用情境的信息推送是指在合适的场合、合适的时间为用户推送合适的信息，这是智慧图书馆服务的重要体现。笔者认为，在图书馆的服务场景中，基于iBeacon技术的信息推送应用可以有多种可能。

（1）新书推送。当读者正在阅览室中浏览喜爱的图书类别，此时，用户的移动设备上的APP会感应到部署在书架上的iBeacon设备，从而确定读者所处的位置信息，然后向服务器发起通讯，服务器根据位置信息确定读者所在的书架，然后返回该书架上的新到图书目录，显示在读者的移动设备上。

（2）馆内寻书。图书乱架、错架是困扰馆员的一大难题，单凭馆员排架纠错似乎效果甚微，如果能“动员”读者自愿地参与其中，在寻找图书的同时帮助寻找“丢失”的图书，是一举两得的事。通过iBeacon应用或许能巧妙地实现。首先，馆员需要根据排查结果或读者反映纪录下书架上“丢失”的图书，并纪录在数据库中。然后，当读者接近部署在书架上的iBeacon时，读者的移动设备将感应到位置信息并向服务器发起通讯，服务器根据位置信息返回该书架上的“丢失”图书目录，并向读者发出“对话”。通过iBeacon技术，营造出书架与读者对话的互动效果，这种有趣的情境互动，或许能激发读者寻书的热情。

4.4 O2O营销推广

在商业领域，O2O营销的目的是通过多种优惠、体验活动，将线上用户引导到线下消费，达到既拉动营业收入，又宣传了服务品牌，提升用户忠诚度的目的。数字阅读时代的到来，让图书馆界感到了危机，为此，笔者认为可以借鉴商业领域的O2O模式，让更多的用户愿意使用、喜欢使用图书馆的资源与服务。

在商业领域，O2O吸引用户的主要手段是让利优惠，虽然图书馆无“利”可让，但是，可以通过提供各种奖励措施吸引用户参与。首先，为每位用户建立积分档案，用户每次到馆或参与活动都可以获得积分奖励。然后，为图书馆的活动增加签到环节（包括手工签到和自动签到的方式），记录用户的到馆行为。最后，提供多元化的奖励措施。奖励跟积分高低相关联，除了提供礼品外，还可以提供“荣誉奖章”、扩大借阅权限、提供免费文印服务、赠送讲座及展览门票等。对于特定的群體还可以制定有针对性的奖励，如与教育部门合作，向参与图书馆活动的学生提供第二课堂活动证明。

在图书馆的O2O营销推广中，签到是最重要的基础环节。从理论上讲，用户的所有馆内活动都可以通过签到应用进行无缝实时的记录，根据这些活动数据，图书馆就能开展有针对性的营销活动，包括积分奖励、个性化的信息推送服务、用户使用行为跟踪报告等，从而达到树立服务品牌，培育用户“忠诚度”的目的。因此，从这个角度去认识，iBeacon作为图书馆O2O模式的支持技术，它的应用范围广、价值高，值得图书馆界期待、关注、试验、应用。

参考文献：

[1]AITTOLA M， RYHA NEN T， OJALA T. Smart Library：location-aware mobile library service[C].International Symposium on Human Computer interaction with Mobile Devices and Services，2003（5）：411-415.

[2]王世伟.未来图书馆的新模式：智慧图书馆[J].图书馆建设，2011（12）：1-5.

[3]谢蓉，刘炜. SoLoMo与智慧图书馆[J].大学图书馆学报，2012（3）：5-10，79.

[4]Estimote欲借传感器打造现实世界的操作系统[EB/OL].

[2014-11-15].http：//tech.163.com/13/0808/17/

95P88BN7000947EG.html.

[5]Indoor LBS. Number of Beacon Deployed[EB/OL].[2014-11-15]. http：//www.indoorlbs.com/#store-mapping.

[6]iBeacon工作原理[EB/OL].[2014-11-15].http：//www.tuicool.com/articles/JJbMZf.

[7]美国老牌零售商梅西率先部署iBeacon技术[EB/OL].[2014-11-15].http：//www.feng.com/apple/news/2013-11-21/U.S._veteran_retailer_Macy_s_first_deployment_iBeacon_technology_569097.shtml.

[8]iBeacons infographic-June 2014[EB/OL].[2014-11-15].http：//www.indoorlbs.com/market-reports/zckfttnbfq96qn4jvzetfys7gpxzxv.

[9]Paypal 发布 iBeacon 无线支付设备[EB/OL].[2014-11-15].http：//cn.engadget.com/2013/09/09/paypal-iBeacon-hands-free-payments/.

[10]Estimote推出室内定位SDK[EB/OL].[2014-11-15].http：//www.iBeaconfans.com/？p=823.

[11]iBeacon博物馆应用[EB/OL].[2014-11-15].http：//www.iBeaconfans.com/？p=586.

[12]青岛世园会采用iBeacon做植物馆智能游览[EB/OL].[2014-11-15].http：//tech.hexun.com/2014-10-22/169570508.html

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