藍牙智慧架構因勢制宜　Beacon部署成功有訣竅

BLE Beacon的技術及應用發展，由Apple於2013 WWDC發表的iBeacon作為先鋒開始到現在，已經過了三年有餘，業界陸續出現了許多其他標準Beacon格式例如AltBeacon和Google EddyStone，以及台灣Beacon服務中常見的自訂格式Beacon，其實務的應用，都持續地增加中。

另外2016年由藍牙聯盟公布的Bluetooth 5.0藍牙低功耗(BLE)主要功能改善項目，如圖1所表示，其中有一項就是「八倍廣播傳輸量」，這個項目對於Beacon來說是很大的改善，Beacon就是靠BLE廣播功能來實現的，增加傳輸量也代表Beacon可以傳遞的資訊量變多，應用也相對地變廣很多。

圖1 藍牙5.0(BLE)具備之特點

BLE Beacon常見應用

目前幾種標準的BLE Beacon格式比較如表1所示，最後一個專有的(Proprietary)為自定義格式的BLE Beacon，規格最為自由，也是台灣市面上多數常見號稱BLE Beacon應用會選擇的方式。

表1 BLE Beacon種類比較表

由表1可以知道，BLE Beacon主要的服務其實就是兩個：廣播一個特定的ID(Identification)並透過雲端做識別後進行對應活動，以及讓接收端可以判斷估算和此Beacon大致的距離，其方式是透過RSSI訊號強度估算。BLE Beacon相關應用很多，下面是BLE Beacon應用的案例整理，可以作為參考。

．零售及品牌商應用

首先，使用者可以透過Proximity Beacon來做付款。

1. 類似NFC但距離可以拉長。

2. 內容的加密認證等安全性得特別處理。

其次，可透過Beacon給予熟客特別的優惠。

透過App上傳Beacon訊息，可以由雲端判斷此使用者是否為熟客(常常光顧)，並給予特別的優惠。 第三，商家/品牌或賣場可透過Beacon應用將合適的產品推薦給使用者。 例如透過App經過特定商品區，給予此商品區的推銷訊息，甚至比對使用者消費之紀錄後，推薦使用者可能購買之商品。

．媒體及廣告應用

首先是利用Beacon管理數位廣告立牌。

1. 利用Beacon的功能，了解使用者的喜好以及使用者接近的事件，可以切換廣告看板的內容。

2. 目標是讓數位廣告看板播放合適於此使用者的廣告，藉此提升廣告效率。

此外可透過Beacon提供使用者客製的創意行銷內容：

1. 利用Beacon結合使用者App可以知道使用者所在的位置以及使用者的消費習慣。

2. 透過這些資料，可提供使用者客製化的廣告，吸引使用者的注意，並提升廣告的效果。

．場地及活動事件應用

場館可利用Beacon做室內導航及導覽：

1. 例如畫展，每張畫下面都放置一個Beacon。

2. 結合手機App，參觀者所在的位置的圖，可以馬上看到。

3. 另外App也可以自動播放所在畫作的語音導覽介紹。

或者可使用Beacon做快速報到：

1. 報到處放一個Beacon廣播特殊的ID。

2. 透過App打開接收Beacon後上傳到雲端紀錄，就完成報到手續。

最後，亦可透過Beacon做資訊交換。

1. 例如一個Workshop，同時會有多場演講進行，每個會議室都會放一個Beacon廣播特定訊息。

2. 使用者透過App，就可以接收目前所在會議室所進行演講的相關資料，例如講師背景、投影片內容等。

表2 台灣業者使用Beacon服務技術

表2為台灣一些廠商使用Beacon服務的整理，這邊並沒有列出所有廠商，以這些服務來說，大部分都只有用到行動裝置接收Beacon訊號，來偵測使用者進入或接近此Beacon，進而開始對應的服務流程，鮮少有真的用來做距離或定位的應用。

這一類的Beacon應用服務，算是最基本的，這種服務流程非常簡單，其架構也非常簡單(圖2)，其中BLE Broadcaster在此應用服務中，代表店家店內安裝的Beacon，會一直廣播一個特定的屬於此店家的識別ID，而BLE Observer則代表使用者手上的行動裝置，例如手機，且裝置上必須安裝執行此Beacon應用服務對應的行動應用程式(App)。

圖2 Beacons應用服務流程架構圖

例如以7-11為例子，店家於店內布建一個iBeacon，此iBeacon會廣播一特定的ID，代表這店家。當使用者拿著行動裝置，開著7-11 App經過這家店的時候(不一定要入內)，此App會將iBeacon所表示的ID及此行動裝置的PUSH Token上傳到雲端伺服器，此伺服器便可以記錄此使用者在何時接近哪家7-11(透過iBeacon ID)。這可以用來做後續的大數據分析，另外也可以傳送PUSH訊息給使用者的行動裝置，內容可能會是一些優惠券等促進消費的資訊，甚至可以做到針對特定使用者以及特定店家給予特定優惠的差異化行銷。

Beacon架構與特性

圖2這種架構是Beacon架構的主軸，所謂Beacon就是燈塔的意思。以燈塔來說，其特性有兩個，第一個是固定不動的，第二個則是只用來做「識別」的功能，所以Beacon套用BLE Broadcasting的技術，就變成如圖2這樣的架構。

Beacon會作為固定位置廣播簡易訊息的BLE Broadcaster，而船隻們(使用者們)則是BLE Observer，因為看到了Beacon所發出的資訊，上網比對之後，進而取得更多資料，當然這邊的上網是選擇性的，端看服務需求及資料量而定。

另外這一種架構之所以常見的原因，也跟BLE Broadcaster及BLE Observe的特性有關。如表3的比較，最重要的因素在於耗電量，BLE Broadcaster的耗電量是遠低於BLE Observer的，因為Beacon設計之初，是假設一個地方可能布建了很多Beacon，可以用於室內定位，這些Beacon通常都是安裝電池，而不是固定電源供電的。這對布建有很大的好處，假如幾百顆Beacon都要拉電源線，那就會變得很麻煩；就因為這個原因，Beacon被設計為只要一個鈕扣電池，就可以運作超過半年之久，如此才可以大量減低更換電池的功夫，所以比起BLE Observer來說，讓它當作BLE Broadcaster更為合適。

表3 BLE Broadcaster與BLE Observer特性對照表

Beacon應用服務範例

自古以來，架構的設計和應用服務的特性有關，沒有一種架構是可以支援所有應用服務的，對於Beacon應用服務也不例外。因此同樣在圖2這樣的架構中，如果角色反過來，店家布建的為BLE Observer(想像成特異化的燈塔，固定地點，但接收船隻的電波)，而使用者行動裝置為BLE Broadcaster(會移動且到處發送電波的船隻)，是否合適？以剛剛7-11的例子來說，其實也是可行的，不過每個Beacon的成本會上升不少，一來必須供電(BLE Observer吃電池撐不久)，二來假如還要上網功能，可能還得搭配Wi-Fi模組或是3G/4G模組。

7-11的例子兩種都可以，但假如是另一個例子，就不一定了，也就是類似將Beacon拿來當作巡邏或簽到系統的狀況，下面是簽到系統的實作，不同角色的分配狀況：

方案一：Beacon作為BLE Broadcaster

假設Broadcaster等於布建在固定地點的Beacon，不同地點的Beacon會有一個特定的ID，廣播內容就是此ID。

Observer則是巡邏者手機，有上網功能，接收到Beacon廣播後將ID傳上伺服器，伺服器便會記錄時間，表示此使用者於某時間經過某Beacon ID， 作為簽到證據。

方案二：Beacon作為BLE Observer

假設Broadcaster是巡邏者手機，或是發給巡邏者的一個TAG，會固定廣播一組特定的ID，用來識別此使用者。

此時Observer即是布建在固定地點的Beacon，有上網功能，當接收到使用者TAG廣播的ID，便會記錄到伺服器，作為使用者簽到記錄。

看到這邊，或許讀者會覺得方案一和二的做法都是對的，沒什麼問題。這樣說其實是對的，如果單就功能(確認巡邏簽到)來說，的確這兩種做法都可以達到目標，但是若再把更多需求加入後，就不一定了。

以簽到巡邏系統來說，這個系統的目的就是確保巡邏人員有「確實巡邏簽到」，那就會衍生一個問題是「能否被巡邏員作假」這件事情。所以回到方案一的方式，通知伺服器記錄簽到是由巡邏員手機上網連到伺服器去做的，因此假如有個巡邏員偷懶又很聰明，他可以做到兩個方式來達到不出門又可以讓伺服器有紀錄。

1. 監聽手機跟伺服器的通訊，之後自己寫一支程式送對應巡邏簽到的資訊給伺服器。

2. 假設1因為手機跟伺服器之間的溝通有做過特殊處理，讓監聽到的資料無法被解析使用，那另一招就是做一個Fake Broadcaster，這個Broadcaster可以依照巡邏者須要設定不同簽到點的ID，所以只要透過這方式，巡邏者在家裡開手機，就可以把每個站點簽到一次，而就算資料須要綁GPS位置來做再確認，GPS位置也是可以偽造的。

上面這兩種方式，都不難做到，尤其是第二種，只要拿一支手機，安裝BLE相關的App，例如iOS上的LightBlue，便可以把使用者掃過的BLE Broadcasting記錄起來，並複製後廣播一樣的訊息，輕輕鬆鬆就可以達到Fake Broadcaster功能。

那假如今天是用方案二的話呢？以方案二來說，Fake Broadcaster的做法無法讓巡邏者不出門就達到簽到效果，因為一定要有Broadcaster經過Observer才能在伺服器出現紀錄，不過假設巡邏者找人代勞，那就又是另一回事，假如還須要確認本人的話，勢必得加入其他驗證的機制，但就不在本文討論範圍。 反之另一個攻擊方式是Fake Observer，假如偷懶的巡邏者知道了Observer送到伺服器的內容，那麼便可以假裝是Observer送記錄到伺服器，但這前提是他必須要可以監聽到Observer跟伺服器溝通的內容，假設網域跟安全管控做得好，基本上Observer跟伺服器的溝通是無法被監聽的，除非內網被破解或是出現內賊，但也沒這麼簡單。因此總結來說，方案二用於巡邏簽到系統比起方案一來得更安全，這便是不同應用使用不同架構或角色的案例。

除此之外，並非所有應用，都必須用圖2這樣的架構，這種架構只有BLE Observer可以上網，但當然也就會有BLE Broadcaster才能上網的架構(圖3)，以及更甚者雙方都可以上網的架構如圖4所表示，但此種架構比較少見，畢竟讓裝置上網就是一種成本，所以除非必要，不然不太會用到這種架構。

圖3 採用此架構，毋須擔心使用者端上網的能力。

圖3這種架構跟圖2差異只有一個，就是可以上網的裝置變成BLE Broadcaster而不是BLE Observer。這種架構的優點有幾個，首先最大的優點是BLE Observer可以不用上網。畢竟上網是Beacon服務很重要的一個環節，但假如我們把上網放在BLE Observer(使用者裝置)端，就變成了一個不確定性的因素，使用者網路的流暢度難以掌握，假如不好就會影響服務。但因為Beacon是服務廠商自己布建，其網路能力較好掌控，因此若改成圖3這種架構，就不用擔心使用者端上網的能力。

另外，Beacon應用的優點就是簡單容易導入，但缺點也是因為太簡單了，所以能夠達到的功能有限，因此千萬不要把Beacon服務當作是單一主要服務，而是要把它當作配角來使用，作為加值的概念，在現有的主服務上，考慮導入Beacon是否會帶來益處，才是正確使用Beacon應用的方式。

圖4 此架構雖具備雙方皆可上網優點，但成本較高所以不常使用。

圖5為一個加值的案例，使用者應該多少都用過Free Wi-Fi O2O或是Free Wi-Fi Advertising的服務。當到一些咖啡店，想要使用免費的Wi-Fi的時候，會跳出網頁需要消費者填寫一些問卷或是基本資料後，才可以使用。藉由這種方式，店家就可以蒐集一些數據做分析，以及在消費者離開店後，還可以持續發送一些優惠訊息，讓消費者再度來店消費。

圖5 Beacon應用案例

在這種服務架構下，若是導入Beacon應用，將會有加值效果，且成本上升也不高。因為要提供Free Wi-Fi應用一定會有一台客製化的Wi-Fi Access Point(AP)，在提供這台AP的同時其實可以幫它加入BLE Beacon功能，如圖5所示。其所加值的功能是「就算使用者不使用Free Wi-Fi，但透過Beacon蒐集到的進店資訊，依然可以享受到優惠訊息的服務」，對店家來說也就可以多一些管道蒐集到使用者的行為，有足夠多的進出店資料，對於分析客群將有很大的幫助。

服務特性為Beacon應用設計重點

不過，Beacon應用服務也不是萬能，仍舊存在一些限制，例如需要一個對應的Mobile App才能夠使用其服務。這代表假如使用者不肯裝App或是裝了不肯打開，就算服務再好其實都是沒用的。另外Beacon除了傳遞的資訊量有限制外，也無法保證接收者一定收到，因此也不適合用來傳遞重要且即時的資訊，否則就會出現非預期的狀況，這些都是使用Beacon做應用須要考慮到的。

最後做一個總結，關於Beacon的應用其實有非常多的變化，並非只是常見的拿來當作進店、推播廣告的用途，很多現有的服務其實都可以透過Beacon功能來做改善。另外，Beacon應用所套用的系統架構，也並非一定只有傳統的模式，其實還是有非常非常多的變化可以做，這就端看整個應用服務的特性而定，架構對了，服務才會好，此點非常重要。因此，要使用Beacon相關的應用服務，千萬記得要找有經驗的業者協助制定架構，或是幫忙確認檢視架構的可行性，否則很可能白花錢又達不到預期效果。