淺析藍(lán)牙Mesh在室內(nèi)定位中的應(yīng)用

李翔宇　孫強(qiáng)

摘 要 本文簡要分析了一種基于藍(lán)牙Mesh的室內(nèi)定位方法，主要利用Mesh組網(wǎng)中低功耗節(jié)點(diǎn)和好友節(jié)點(diǎn)的友誼特性，保持室內(nèi)定位原有功能，結(jié)合藍(lán)牙低功耗協(xié)議，進(jìn)一步改進(jìn)室內(nèi)定位的技術(shù)與方案。

關(guān)鍵詞 室內(nèi)定位;低功耗藍(lán)牙;組網(wǎng)技術(shù)

前言

定位可分為室外定位和室內(nèi)定位。GPS定位技術(shù)因室內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無線信號(hào)易產(chǎn)生反射、折射、多徑效應(yīng)[1]或無法穿透墻體等現(xiàn)象，無法應(yīng)用于室內(nèi)場景。本文提出一種運(yùn)用藍(lán)牙Mesh實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位的方法，對(duì)現(xiàn)有定位技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

1室內(nèi)定位的研究現(xiàn)狀

1.1 室內(nèi)定位原理

室內(nèi)定位的原理分為基于測量定位和基于非測量定位。測量定位包括三種：基于到達(dá)時(shí)間（TOA）、到達(dá)角（AOA）和RSSI。TOA先發(fā)送無線信號(hào)測量未知和已知位置，再測量二者之間的到達(dá)時(shí)間差，計(jì)算未知位置;AOA通過測量未知位置到兩已知參考點(diǎn)的角度來定位;基于RSSI信號(hào)傳輸模型的定位[2]本質(zhì)是一種距離定位方法，在給定信號(hào)傳輸模型下，測量傳輸時(shí)間以確定目標(biāo)到已知參考點(diǎn)的傳輸距離，使用三相測量方法定位未知目標(biāo)。

非測量定位通過如指紋定位和行人航位進(jìn)行推算[1]。指紋定位通過現(xiàn)有的Wi-Fi節(jié)點(diǎn)作為信號(hào)發(fā)射機(jī)、使用者的智能手機(jī)作為接收機(jī)來定位;而行人航位推算通過多點(diǎn)之間的夾角和距離借助近鄰法進(jìn)行定位。

1.2 室內(nèi)定位技術(shù)

目前的定位技術(shù)主要有：藍(lán)牙定位、WLAN定位、Zigbee定位、室內(nèi)GPS定位、RFID定位、地磁定位等。

藍(lán)牙是一種短距離無線通信技術(shù)，遵循統(tǒng)一的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，任意兩設(shè)備都可短距離無線通信;若節(jié)點(diǎn)長時(shí)工作，作為降低功耗的改進(jìn)方案，以低功耗藍(lán)牙（BLE）為基礎(chǔ)、Mesh為組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的藍(lán)牙 Mesh成為室內(nèi)定位的新選擇。

2基于藍(lán)牙Mesh的室內(nèi)定位方案

2.1 藍(lán)牙Mesh技術(shù)簡介

Mesh是應(yīng)用較普遍的低功耗無線藍(lán)牙技術(shù)，支持新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過全新方式進(jìn)行通信，適合全新場景和行業(yè)需求。

藍(lán)牙Mesh系統(tǒng)架構(gòu)包括藍(lán)牙低功耗、承載層、網(wǎng)絡(luò)層、底層傳輸層、上層傳輸層、訪問層、基礎(chǔ)模型、模型。“藍(lán)牙低功耗”層是完整的藍(lán)牙低功耗堆棧，它讓配置文件設(shè)計(jì)人員利用一系列不同安全機(jī)制，從各種可能配對(duì)方法到與個(gè)人特性相關(guān)的個(gè)人安全性要求。藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)安全的核心為網(wǎng)絡(luò)密鑰、應(yīng)用密鑰和設(shè)備密鑰，為Mesh的不同方面提供安全性。

藍(lán)牙Mesh通過“管理型網(wǎng)絡(luò)犯洪機(jī)制”技術(shù)傳遞消息。發(fā)布節(jié)點(diǎn)時(shí)廣播消息，所有處無線電域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的消息都可被接收，再對(duì)接收的消息中繼。

2.2 組網(wǎng)和定位方案

藍(lán)牙Mesh利用泛洪的方法，在室內(nèi)預(yù)設(shè)低功耗節(jié)點(diǎn)和好友節(jié)點(diǎn);單個(gè)節(jié)點(diǎn)在其范圍內(nèi)檢測、建立友誼關(guān)系，低功耗節(jié)點(diǎn)將包含距離、角度等信息的消息轉(zhuǎn)發(fā)給好友節(jié)點(diǎn)，好友節(jié)點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)整合，最后發(fā)送給終端進(jìn)行處理。

圖1 Mesh網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

如圖1，節(jié)點(diǎn)A至H與T和低功耗節(jié)點(diǎn)I至M對(duì)室內(nèi)物品的距離、角度等檢測，通過中繼節(jié)點(diǎn)或好友節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)、交換，通過算法[3]確定最終數(shù)據(jù)，此后無關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)以降低功耗，剩余數(shù)據(jù)由好友節(jié)點(diǎn)和上層進(jìn)行處理。

3結(jié)束語

本文簡析目前室內(nèi)定位的技術(shù)核心和藍(lán)牙Mesh組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，說明在藍(lán)牙Mesh組網(wǎng)下的室內(nèi)定位技術(shù)的應(yīng)用，不僅能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位的原有功能，也保留藍(lán)牙Mesh組網(wǎng)的低功耗和安全性高的特性。

參考文獻(xiàn)

[1] 藺飛宇.基于藍(lán)牙m(xù)esh的室內(nèi)定位技術(shù)研究[D].新鄉(xiāng)：河南師范大學(xué)，2018.

[2] 張琳，張濤，郭希蕊，等.智能室內(nèi)定位系統(tǒng)研究[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2020（3）：28-32.

[3] 楊望卓，劉太君，張永波，等.基于藍(lán)牙Mesh-SVM算法的室內(nèi)定位系統(tǒng)[J].無線通信技術(shù)，2017，26（1）：24-27.

作者簡介

李翔宇（1998-），男，江蘇南京人;現(xiàn)就讀學(xué)校：南通大學(xué)，在讀本科生，研究方向：無線通信。

孫強(qiáng)（1980-），男;職稱：副教授，現(xiàn)就職單位：南通大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，研究方向：無線通信。