Battle of beacons: Wat is een goede iBeacon?

Het wordt voor beaconleveranciers een ware uitdaging om zich te commiteren aan de Apple iBeacon-specificaties.

Er is erg veel aan de hand in de snel op stoom komende beaconmarkt. Na de introductie van de iBeacon-specificaties van Apple precies een jaar geleden, is de markt  zich in een razendsnel temp aan het ontwikkelen. Je leest veel over pilots en platformen. Meer nog lees je over iBeacons als verzamelnaam voor elk bluetooth gebaseerd beacon dat, vaak halsoverkop, op de markt is gezet en zo snel mogelijk wordt ingezet om aan de vraag te kunnen voldoen.

In deze op zich al turbulente maar enorm kansrijke markt heeft Apple onlangs haar iBeacon specificatie verder aangescherpt. Dit maakt het voor beaconleveranciers een ware uitdaging om zich volledig te kunnen committeren aan de Apple-specificaties. De term iBeacon mag en kan dan ook door veel beacon-leveranciers niet hard gemaakt worden.

De afgelopen twaalf maanden zagen we een heleboel startups en hardware leveranciers met elk hun eigen kleine printplaatje (PCB) in een verscheidenheid van vormen, sommige zo klein als munten, op ons bureau verschijnen. Iedereen, inclusief wijzelf, noemen die kleine sensoren simpelweg iBeacons. Het woord iBeacon is razendsnel de verzamelnaam geworden van een groep van producten die locatie gebaseerde services met behulp van smartphones mogelijk maakt. Eigenlijk net als Luxaflex waarmee je zonwering bedoelt, of Coca-Cola ondanks dat je genoegen neemt met welke cola je maar in je glas voorgeschoteld krijgt.

Maar is elk kleine printplaatje met een chipset die Bluetooth Low Energy ondersteunt een iBeacon? Het antwoord daarop is nee.

In dit artikel zal ik u vertellen wat wel en wat niet een iBeacon is en wat een beacon nu een goede iBeacon maakt. Ik verdiep me in de gebruikte of ontwikkelde printplaat (PCD), de chipsets, het antenne-ontwerp, de firmware etc. Uiteraard kom ik ook met een voorzichtige conclusie. Op welke beacons kunt u uw iBeaconstrategie bepalen voor een zonnige toekomst als het gaat om locatie gebaseerde services?

Voordat ik het verschil tussen een beacon en een iBeacon aan u uitleg, vertel ik eerst graag wat een iBeacon is.

Wat is een iBeacon?

iBeacon is het handelsmerk voor een indoor positiesysteem dat Apple "een nieuwe klasse van energiezuinige, goedkope zenders noemt, die in de buurt van iOS 7 & 8 apparaten hun aanwezigheid kunnen melden.” De technologie maakt een smartphone of andere apparaten zoals een tablet of Watch in staat om acties uit te voeren wanneer deze in de nabijheid zijn van een iBeacon.

Een veel gelezen toepassing is om op locatie via de smartphone relevante content aan de gebruiker aan te bieden. Met de hulp van een iBeacon, kan een speciaal hiervoor gebouwde app op een smartphone's de relatieve locatie vinden van een iBeacon in een winkel. iBeacons kunnen helpen om meldingen op smartphones weer te geven van items die in de buurt te koop zijn, speciale kortingscoupons of aanbiedingen tonen, toegangskaartjes tonen waardoor niet langer in de rij hoeft te worden gestaan etc etc . iBeacon technologie werkt met behulp van de Bluetooth Low Energy (BLE) technologie, ook wel bekend als Bluetooth Smart.

iBeacon maakt gebruik van Bluetooth Low Energy voor de afstandsbepaling naar een universeel unieke identificatie (UUID) dat opgepikt wordt door een speciaal voor detecteren van deze UUID geschreven app of besturingssysteem zoals bijvoorbeeld het Lightcurb Beacon platform. De identifier wordt gematched via internet naar de smartphone van de gebruiker op de fysieke locatie. Vervolgens zal dit resulteren tot een actie op de smartphone, vaak een pushnotificatie, webcontent of check-in op social media.

De vele leveranciers van beacon hardware komen met een verscheidenheid van formfactors. Waaronder heel kleine beacons ter grootte van een euromunt die door knoopcelbatterijen aangestuurd worden, USB-sticks die hun stroom via de usb poort krijgen tot heel robuuste exemplaren die waterproof zijn en voorzien zijn van penlite batterijen.

Bluetooth Low Energy is uitermate energiezuinig
Zoals de naam al doet vermoeden, de Low Energy variant van Bluetooth is uiterst energiezuinig. Onder real-life scenario's, was de batterij-afname van een smartphone minder dan 1% tijdens gebruik in combinatie met nabijgelegen beacons blijkt uit onderzoek van Aislelabs.

Beaconmarkt groeit snel
Beacons winnen met de dag aan populariteit. In de afgelopen twaalf maanden kon je er al veel over lezen en op sommige plaatsen ook echt zien. We staan nog maar aan het begin van een zeer grote beacon markt die explosief zal groeien in de komende jaren.
 

De groei in iBeacons. Beacon installed base grafiek vanaf 2013 tot 2018

De meest populaire beacons worden aangedreven door batterijen. Beacons zijn er in alle vormen en maten, met verschillende chipsets, batterijsoorten en firmware. Er bestaan al vele aanbieders van beacons in de markt dagelijks komen er nieuwe uitdagers in de steeds drukker wordende beacon arena. Slechts een paar van hen zijn echte iBeacons en zullen de ‘battle of the beacons’ overwinnen. Wat is het verschil tussen een beacon en een iBeacon hoor ik u denken?

Voordat ik hier op inga zal ik een aantal belangrijke kenmerken van een beacon schetsen. Ten eerste en waarschijnlijk ook direct de meest belangrijke is de gebruikte voeding. Zoals ik eerder reeds schreef, de populairste baeacons worden aangedreven doormiddel van knoopcel of penlite batterijen.

Batterij aangedreven Beacons zijn flexibel in gebruik
Batterij gevoede beacons genieten de voorkeur simpelweg omdat deze snel inzetbaar, goedkoop en flexibel onder andere door de vele praktische plaatsingsmogelijkheden zijn. Met duizenden beacons in gebruik, wordt inzicht in batterij levensduur en met name het vervangen van de batterijen een serieuze opgave. Ik geef je dan ook graag het advies om beacons te gebruiken die echt een lange levensduur van de batterij garanderen.

Dit is nu precies waar veel beaconverkopers uiteraard beloven dat hun beacons wel tot twee jaar op één batterij blijven draaien. Laat je echter niet misleiden. Geloof niet alles wat je leest of wat je verteld wordt want vaak is dit niet waar. Natuurlijk kan een beacon op één enkele batterij tot wel twee jaar meegaan, maar hiermee loop je straks dus letterlijk klanten mis.

Batterij van beacons is van levensbelang
Hier zit nu precies het spanningsveld tussen Beacon en iBeacon. De levensduur van de batterij van een Beacon is namelijk afhankelijk van vele factoren. De twee belangrijkste zijn die van de uitzendkracht (Transmitting Power), deze is  vaak hoger bij minder goed geengineerde beacons die vaak niet over heel goed ontwikkelde antennes beschikken.  En de advertentie interval ( Advertising Interval) Apple eist in zijn specificaties een interval van 100 milliseconden (10 keer per seconde) waar beacons vaak op 600 of 700 milliseconden uitzenden. Simpelweg om de claim van een lange batterijlevensduur enigszins gestand te kunnen doen.

Beacon advertising interval van belang
We weten nu dat een Beacon op een  knoopcelbatterij een levensduur van maximaal twee jaar kan hebben en dat dit afhankelijk is van veel factoren. Waarschijnlijk de meest belangrijkste het signaal dat uitgezonden wordt of te wel de advertising interval van het beacon. Dit is de snelheid (frequentie) dat een beacon het signaal uitzendt. De meeste beacons hanteren een advertentie-interval van ongeveer 600 of 700 milliseconden wat betekent dat het signaal minder dan twee keer per seconde wordt uitgezonden. Dit betekent, zoals je waarschijnlijk zal raden, minder batterijverbruik voor het beacon dan een interval van laten we zeggen 100 ms. Wat betekent dat het signaal elke 100 milliseconden (10 keer in één seconde) wordt uitgezonden. Perfect toch die lage advertentiepinterval zou je kunnen denken. Mijn iBeacon draait met een advertentie-interval van 600 milliseconde en hiermee is de levensduur van de batterij voor twee jaar gegarnadeerd. Dit is dus de perfecte oplossing voor mijn bedrijf. Apple haalt ons echter snel uit deze droom want alleen als je Beacons draaien met een advertentie-interval van 100 milliseconden worden zij als iBeacon door Apple goedgekeurd. Naast de advertentie-interval eist Apple meer van Beaconproducenten voordat ze de naam merknaam iBeacon kunnen gebruiken op hun uitingen zoals verpakking, website etc.

Printplaten en het ontwerp van Beacons verschillen enorm. Linksboven de veelbesproken Estimote beacon. In het midden een Lightcurb Beacon, en rechtsboven een Kontakt iBeacon. Onder ziet u van links naar rechts de Glimworm, Minew en Glimworm beacons.
 
De strijd tussen de beacons begint
Nu komen we bij het punt waar de echte strijd tussen de Beacons begint. We weten nu dat elke Beacon een signaal uitzendt met een bepaalde advertentie-interval. Beacons doen dit vaak elke 600 of 700 milliseconden. Dit om de batterij te sparen, want hoe vaker het signaal uitzendt hoe korter de levensduur van de batterij is. Wanneer een hardwareleverancier zich verbindt aan de Apple iBeacon-standaard dan moet je uitzenden met 100 milliseconden interval. Met als logische resultaat dat de gebruikte batterij in 6 tot 7 keer sneller leegloopt. Nu je dit weet, wordt het voor vele bestaande knoopcel- en penlite aangedreven beacons een enorme uitdaging om aan de iBeacon-standaard te kunnen voldoen. Met andere woorden je kiest voor iBeacon-modus en je voldoet aan de door Apple gestelde specificaties, maar de batterij in het Beacon is binnen enkele weken leeg. Het alternatief:  je voldoet niet aan de door Apple gestelde specificaties en gaat voor de maximale batterijlevensduur, die dan tot twee jaar meegaat. Let dan wel op dat in sommige gevallen apps en geboden services niet of niet goed zullen (gaan) werken, omdat deze alleen gegarandeerd worden onder de iBeacon specificaties die Apple stelt.

Wanneer een set beacons kiest, wetende  dat Apple grote plannen heeft met de iBeacon-standaard, moet je je echt eens goed gaan verdiepen in de specificaties van de op de markt beschikbare beacons. Stel jezelf vragen als 'Hoe lang gaat dit beacon in de gewenste iBeacon mode mee', 'Kan ik gemakkelijk de batterij vervangen' of 'Is dit wel een kwaliteits beacon dat goed ingezet kan worden in mijn winkel, school, etc etc'. Investeren in de verkeerde beacons kan je dus duur komen te staan.

Beacon kwaliteit
De kwaliteit van een beacon is van veel factoren afhankelijk. Het ontwerp van de printplaat (PCB), de afwerking van de PCB, het ontwerp van de antenne, de gebruikte chipset, de batterijconnector en de ingebouwde extra's.

Ontwerp en kwaliteit van de PCB
We zien veel verschillende types printplaten. Van eenvoudige maar slimme samengestelde printplaten opgebouwd uit kant en klare beacon pcb’s zoals het Nederlandse Glimworm deze samenstelt of uiterst precies geengineerde exemplaren zoals de Estimote en Lightcurb beacons. Over het algemeen geldt hoe goedkoper een beacon hoe slechter de kwaliteit van de printplaat is. Veel PCB’s  hebben een slecht ontwerp wat resulteert in een lagere levensduur van de batterij, corrosie op de printplaat, lekkage etc. Dit heeft een enorme impact op de levensduur van de Beacons. Kies daarom altijd voor een goed ontworpen, vaak net iets duurdere, set beacons.

Afwerking van de Beacons
De afwerking van beacons varieert ook enorm. Je hebt beacons die gemaakt zijn van het goedkope en daarmee enigszins inferieure loodhoudende soldeer tot aan goud vergulde exemplaren. De in Nederlands ontworpen Lightcurb beacons gebruiken de vergulde afwerking voor haar beacons vanwege het feit dat dit een geweldige geleider van elektriciteit is en zaken als corrosie en lekkage tegengaat. Uitstekend dus voor langdurig gebruik.

Antenne ontwerp
Uiteraard is het ontwerp van de antenne op de PCB ook van groot belang. Hoe beter het ontwerp van de antenne des te minder zendvermogen hoef je je beacon te geven. Dit resulteert in langere levensduur van de batterij. De beacons van Estimote en Lightcurb hebben doordacht ontworpen antennes. De Lightcurb beacons bevatten onder andere één van de beste antenne’s doordat ex Sony Ericsson Bluetooth specialisten ruim een halfjaar gewerkt hebben aan zowel de PCB als de antenne van de Lightcurb beacons. 

Beacon Bluetooth Low energie-chipset
De chipsets die het meest gebruikt worden als het hart van een Beacon zijn de Texas Instruments TI CC254x geïntroduceerd in 2009 en de Nordic Semiconductor nRF51822 geïntroduceerd in 2012. Ik ben het volkomen eens met de test die Aislelabs publiceerde afgelopen november. De nRF51822 van Nordic geeft uitstekende resultaten op vele fronten en is een uitstekende keuze om te fungeren als het centrale hart van beacons.

Beacon firmware
Elk beacon heeft zijn specifieke firmware, die de logica (geprogrammeerde code) waarmee de specifieke beacon hardware wordt aangestuurd bevat. De firmware heeft ook een aantal kenmerken die invloed heeft op de levensduur van de batterij:
Zendvermogen (tx power): Beacons zenden een signaal met een vast zendvermogen, die bekend staat als de tx power. Als het signaal door de lucht reist, neemt de kracht van het signaal af naarmate je verder van het beacon afstaat. Een hogere tx power betekent dat het  signaal langere afstanden af kan leggen. Een lagere tx power betekent dan langere batterij levensduur, maar ook kleiner bereik.

Advertentie Interval: De snelheid (frequentie) dat een beacon een signaal uitzendt heet advertentie-interval. Een interval van 100ms betekent dat het signaal elke 100 milliseconden (of 10 keer in één seconde) wordt uitgezonden. Een hogere interval van 500 ms betekent dat het signaal slechts twee keer per seconde wordt uitgezonden, wat minder batterijverbruik voor het beacon betekent. Als de advertentie-interval toeneemt (een hoger getal betekent minder vaak uitzenden), dan neemt de levensduur van de batterij van het beacon ook toe, maar de ‘gevoeligheid in combinatie met de smartphone neemt af.  Simpel gezegd hoe minder vaak je uitzend hoe groter de kans dat een smartphone het signaal niet of niet op de juiste manier oppakt waardoor de werking van het beacon ten opzichte van de smartphone niet gegarandeerd is.

Elk beacon biedt zijn eigen manier van configureren van de hardware en de bijbehorende parameters (tx power en advertentie-interval). Sommige beacons, zoals Kontakt, Estimote, RadBeacon en BlueSense Networks, leveren hun eigen merkgebonden iPhone-app om de beacons te configureren. Andere beacons, zoals Minew, bieden een open interface via een GATT-client (zoals Lightblue iPhone app of gattool voor Linux). Het belangrijkste voordeel van beacons die de GATT werkwijze ondersteunen is dat honderden beacons tegelijk geconfigureerd worden.

iBeacons onder de beacons
Alle leveranciers vertellen dat ze iBeacon proof of op zijn minst compatibel zijn met de iBeacon standaard, maar zoals ik in dit artikel heb willen uitleggen is dit lang niet altijd de volledige waarheid. De nieuwste Apple specificatie vereist een hoge advertentie-interval. Als insiders met kennis van de specificaties die Apple stelt om je beacon ook echt iBeacon te mogen noemen kunnen je vertellen dat dit een vaste interval moet zijn van 100 milliseconden (10 keer in één seconde uitzenden). Dit komt voor veel fabrikanten van beacon die hun product ook voor het gemak iBeacon noemen wel rauw op het dak. Want tot nu toe deden alle fabrikanten aan een soort van zelf certificering om daarmee de Apple iBeacon specificatie na te leven. Het is dus nu aan de fabrikanten van beacons of ze kiezen voor de trikte regels die Apple stelt waardoor je je beacon ook echt als iBeacon in de makrt kunt zetten of dat je de afweging maakt om in conflict te komen met de iBeacon specificatie van Apple, maar daar wel je batterijlevensduur mee redt.

Dit conflict tussen hoe batterij-aangedreven beacons worden ontwikkeld en ingezet ten opzichte van de eisen van Apple met betrekking tot de advertentie-interval, kan leiden tot grote uitdagingen in de nabije toekomst. Dit omdat je mag aannemen dat Apple al lang heeft besloten om hoog in te zetten met haar iBeacon strategie. Het handhaven van de specificaties en de controle hierop zal dan de komende tijd dan ook snel toenemen. Het iBeacon handelsmerk en 'certificeringsproces' voor beacons is recentelijk aangescherpt en Apple wil grip houden of krijgen op de ongekende mogelijkheden die locatie gebaseerde services via beacons biedt. Slechts een paar beacon fabrikanten zullen de strijd van de beacons winnen.
 
De beste iBeacons
We weten nu dat ‘inferieure’ beacons in iBeacon-modus binnen een aantal weken qua batterij aan vervanging toe zijn. De meerderheid van de nu in de markt beschikbare beacons zal niet langer dan 1 a 2 maanden in iBeacon-modus kunnen uitzenden. Gelukkig zijn er ook beacons, die als beste getest zijn, die in iBeacon-modus een betere levensduur van de batterij laten zien. Deze beacons zijn dan ook je beste keus voor een goede iBeacon strategie en zullen als winnaars uit de strijd tussen de beacons komen:

Estimote www.estimote.com (let op: de batterij kan niet worden vervangen)
Lightcurb www.lightcurb.com
Kontakt www.kontakt.io
Glimworm www.glimwormbeacons.com
Bluesense http://bluesensenetworks.com
Reco http://reco2.me
RedBär http://redbearlab.com
 
Getest door verschillende partijen zoals Aislelabs & Beaconwinkel