Swift iBeacon App 程式設計

iBeacon 是一種可以發射藍芽訊號的裝置，利用它結合 iOS App 我們可以實現許多有趣的應用。它最主要的應用有以下兩種:

• 偵測 iPhone 進入某個 iBeacon 的範圍時做某件事。
• 偵測 iPhone 跟 iBeacon 的距離，依不同距離做不同的事情。

比方彼得潘和溫蒂逛著博物館，走到名畫蒙娜麗莎前，App 偵測到裝在蒙娜麗莎身上的 iBeacon，於是 App 開始唸出蒙娜麗莎的相關介紹，透過 AirPods 傳到彼得潘的耳朵，幫助彼得潘在溫蒂面前變成博學的文青。

想開發偵測 iBeacon 的 iOS App 並不難，但首先我們得先買個 iBeacon 來實驗，比方以下網頁裡可看到玲琅滿目的 iBeacon。

先別急著買，雖然 iBeacon 不貴，但我們手上早有可以當 iBeacon 的玩意呀。開發 iOS App 的我們，大部分都有一台 iPhone & 一台 Mac，只要不是太舊的 iPhone & Mac，其實都有變身成 iBeacon 的藍芽(bluetooth)能力。

將 Mac 或 iPhone 變成 iBeacon

我們可以參考 Apple 官方文件撰寫程式，將 iPhone 變成 iBeacon。

Turning an iOS Device into an iBeacon

不過這樣的程式早有人幫我們寫好，用不著自己寫。有需要的朋友可參考以下連結下載別人寫好的 Mac App，將 Mac 變成 iBeacon。

將 mac 變成 iBeacon

啟動 App 後，將看到以下的畫面，我們可調整 iBeacon 的 UUID，Major，Minor & Power。

每個 iBeacon 裝置都有 UUID(128 bit)，major(16 bit) & minor(16 bit)，因此我們可透過這三個欄位區分不同的 iBeacon。依不同的應用，我們有以下三種設計和辨識 iBeacon 的方法:

1. 讓 iBeacon 裝置使用同樣的 UUID & major，利用 minor 區分。
2. 讓 iBeacon 裝置使用同樣的 UUID，利用 major & minor 區分。
3. 利用 UUID ，major ，minor 區分。

如果不是太複雜的應用，一般用方法一或方法二已足夠。比方博物館裡有十幅畫作，我們可在每幅畫作身上配置 iBeacon，給每個 iBeacon 同樣的 UUID & major，搭配不同的 minor 來區分。

若想修改 UUID，但不知要輸入什麼，可參考以下方法產生 UUID。

利用 uuidgen 產生 UUID

Major & Minor 可輸入數字，但記住它只有 16 bit，因此最大只能輸入 65535。

確定 UUID，Major & Minor 後，點選 Start 按鈕，即可讓 Mac 成為 iBeacon，開始發射(broadcast)訊號。

ps: 我們也可以透過 App 讓 iPhone 或 iPad 成為 iBeacon，比方使用 BLE Scanner。

‎BLE Scanner 4.0

開發偵測 iBeacon 的 iOS App

接下來彼得潘將一步步說明開發 iBeacon iOS App 的步驟，有興趣的朋友也可進一步參考 Apple 官方的說明。

Determining the Proximity to an iBeacon

1 加入存取位置的權限文字說明。

依據 Apple 以下表格的說明，為了偵測 iPhone 進入某個 iBeacon 範圍(Raging monitoring) & 量測 iPhone & iBeacon 間的距離 (iBeacon ranging)，我們需在 Info 頁面加入以下兩種權限的存取文字說明，Privacy — Location Always and When In Use Usage Description & Privacy — Location When In Use Usage Description。

Choosing the Authorization Level for Location Services | Apple Developer Documentation

要求隨時取得使用者位置的權限

2 建立 CLLocationManager，將 controller 設為 CLLocationManager 物件的 delegate & 要求存取位置的權限。

import CoreLocation

class ViewController: UIViewController {
   var locationManager: CLLocationManager!
   override func viewDidLoad() {
      super.viewDidLoad()
      locationManager = CLLocationManager()
      locationManager.delegate = self
      locationManager.requestAlwaysAuthorization()
}
extension ViewController: CLLocationManagerDelegate {
}

3 開始偵側 iBeacon。

func monitorBeacons() {
   if CLLocationManager.isMonitoringAvailable(for: CLBeaconRegion.self) {
      let proximityUUID = UUID(uuidString: "B0702880-A295-A8AB-F734-031A98A512DE")
      let beaconId = "deeplove"
      let region = CLBeaconRegion(proximityUUID: proximityUUID!, identifier: beaconId)
      locationManager.startMonitoring(for: region)
   }
}
override func viewDidLoad() {
   super.viewDidLoad()
   locationManager = CLLocationManager()
   locationManager.delegate = self
   locationManager.requestAlwaysAuthorization()
   monitorBeacons()
}

說明:

(1) 利用 CLBeaconRegion 指定想要偵測的 beacon。

let region = CLBeaconRegion(proximityUUID: proximityUUID!, identifier: beaconId)

CLBeaconRegion — Core Location | Apple Developer Documentation

產生 CLBeaconRegion 的方法有三種，我們可視需求選擇不同的方法。

public init(proximityUUID: UUID, identifier: String)
public init(proximityUUID: UUID, major: CLBeaconMajorValue, identifier: String)
public init(proximityUUID: UUID, major: CLBeaconMajorValue, minor: CLBeaconMinorValue, identifier: String)

在剛剛的例子裡，我們假設目前創業為艱，只有錢買一個 iBeacon，因此利用 UUID 辨識足已，不需要 major & minor。(ps: 請記得 UUID 要和剛剛在 Mac iBeacon App 上設定的 UUID 一致，如此才能偵測到化身 iBeacon 的 Mac。)

let region = CLBeaconRegion(proximityUUID: proximityUUID!, identifier: beaconId)

(2) 開始偵測是否進入 / 離開 iBeacon 的範圍。

locationManager.startMonitoring(for: region)

4. 定義 CLLocationManagerDelegate 的 function，偵測進入 / 離開 beacon 的範圍。

extension ViewController: CLLocationManagerDelegate {
   func locationManager(_ manager: CLLocationManager, didEnterRegion region: CLRegion) {
      print("enter region")
   }
   func locationManager(_ manager: CLLocationManager, didExitRegion region: CLRegion) {
      print("exit region")
   }
}

5 量測 iPhone 跟 beacon 之間的距離

有時我們還想進一步知道 iPhone & iBeacon 之間的距離。如下圖所示，Apple 將距離分成四種等級，由近到遠依序為 Immediate(非常近)，Near，Far & Unknown。

Apple 官方 iBeacon proximity(鄰近距離）的說明圖片

比方在看博物館展覽時，我們希望走到畫作前時 App 才呈現相關的資訊，於是我們可從程式判斷距離為 Immediate 時顯示畫作資訊，如此才不會距離畫作還有一大段距離，連畫都看不清楚時就奇怪地顯示畫作資訊。

extension ViewController: CLLocationManagerDelegate {
   func locationManager(_ manager: CLLocationManager, didEnterRegion region: CLRegion) {
      print("enter region")
      if CLLocationManager.isRangingAvailable() {
         locationManager.startRangingBeacons(in: region as! CLBeaconRegion)
      }
   }

   func locationManager(_ manager: CLLocationManager, didExitRegion region: CLRegion) {
      print("exit region")
      locationManager.stopRangingBeacons(in: region as! CLBeaconRegion)
   }
}

說明:

利用 startRangingBeacons & stopRangingBeacons 開始 / 停止偵測 iPhone & beacon 的距離。我們在 locationManager(_:didEnterRegion:) 裡才開始偵測距離，因為偵測距離比較耗電，它將不斷地量測更新距離。

不過有一點值得注意的，實測時發現 locationManager(_:didEnterRegion:) 有可能沒被觸發，進而讓程式不會呼叫 startRangingBeacons，因此永遠不會偵測到 iPhone 已經在 beacon 旁邊。比方若你原本就在 beacon 範圍裡，locationManager(_:didEnterRegion:) 將不會被觸發。因此測試時最好一開始遠離 beacon，在 beacon 範圍之外，然後再慢慢地靠近 beacon，進入 beacon 的範圍，這樣較容易觸發 locationManager(_:didEnterRegion:)。(ps: 若想確保我們一定能偵測到 iPhone 就在 beacon 旁邊，另一種做法是一開始就同時呼叫 startMonitoring & startRangingBeacons)

let region = CLBeaconRegion(proximityUUID: proximityUUID!, identifier: beaconId)
locationManager.startMonitoring(for: region)
locationManager.startRangingBeacons(in: region)

6 定義 CLLocationManagerDelegate 的 function 量測距離。

從 CLBeacon 物件的 proximity 判斷距離。當我們在 beacon 附近時，此 function 將不斷被呼叫，告訴我們最新的距離資訊。

func locationManager(_ manager: CLLocationManager, didRangeBeacons beacons: [CLBeacon], in region: CLBeaconRegion) {
   if beacons.count > 0 {
      let nearestBeacon = beacons[0]
      print(nearestBeacon.proximityUUID, nearestBeacon.major, nearestBeacon.minor)
      switch nearestBeacon.proximity {
      case .immediate:
         print("immediate")
    
      case .near:
         print("near")
      case .far:
         print("far")
      case .unknown:
         print("unknown")
      @unknown default:
         print("@unknown default")
      }
   }
}

實驗:

利用 Mac 當 iBeacon，然後啟動剛剛開發的程式偵測 beacon，我們可利用此難得的機會運動一下，走走路讓 iPhone 靠近和遠離 Mac，觀察 locationManager(_:didRangeBeacons:in:) 裡 CLBeacon 距離的變化。

在背景偵測 beacon & 顯示通知

我們也可以在背景偵測 beacon，甚至在 App 沒啟動但進入 beacon 範圍時，由 iOS 自動啟動 App，然後觸發 locationManager:didEnterRegion:。比方以下例子，我們在 locationManager:didEnterRegion: 觸發時顯示通知訊息:

func locationManager(_ manager: CLLocationManager, didEnterRegion region: CLRegion) {
   let content = UNMutableNotificationContent()
   content.title = "注意"
   content.subtitle = "小明就在你身邊"
   content.badge = 1
   content.sound = UNNotificationSound.default
   let request = UNNotificationRequest(identifier: "notification", content: content, trigger: nil)
   UNUserNotificationCenter.current().add(request, withCompletionHandler: nil)
   if CLLocationManager.isRangingAvailable() {
      locationManager.startRangingBeacons(in: region as! CLBeaconRegion)
   }
}

為了顯示通知，記得要先徵求使用者的同意。

import UIKit
import UserNotifications
@UIApplicationMain
class AppDelegate: UIResponder, UIApplicationDelegate {
   var window: UIWindow?
func application(_ application: UIApplication, didFinishLaunchingWithOptions launchOptions: [UIApplication.LaunchOptionsKey: Any]?) -> Bool {
        UNUserNotificationCenter.current().requestAuthorization(options: [.alert, .sound, .badge], completionHandler: { granted, error in
      if granted {
      } else {
         print("使用者不同意，不喜歡米花兒，哭哭!")
      }
   })
   return true
}

實驗步驟：

1. 安裝 App，然後啟動 App 同意權限後，先將它殺掉，維持 App 不啟動的狀態。
2. 把 iPhone 收進胸前左邊口袋，走到遠離 beacon 的天涯海角散心。
3. 從天涯海角出發，朝著心愛的 beacon 方向前進。

一旦進入 beacon 的訊號範圍，此時將觸發 function locationManager:didEnterRegion:，口袋裡的 iPhone 將傳來通知聲音，顯示著通知訊息，小明就在你身邊。

ps:

1. 若你原本就在 beacon 範圍裡，locationManager(_:didEnterRegion:) 將不會被觸發。因此測試時請記得先遠離 beacon。

2. 根據 Apple 文件的說明，為了在背景偵測到進入 beacon 範圍時啟動 App，我們得將 Capabilities 頁面 Background Modes 的 Location Updates 打開。不過根據實測的結果，不需打開 Location Updates 一樣可觸發 locationManager:didEnterRegion: & application(_:didFinishLaunchingWithOptions:)。

Handling Location Events in the Background | Apple Developer Documentation