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        淺析藍(lán)牙Mesh在室內(nèi)定位中的應(yīng)用

        2020-10-20 06:57:53李翔宇孫強(qiáng)
        科學(xué)與信息化 2020年22期
        關(guān)鍵詞:室內(nèi)定位

        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?!八{(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)對其進(jìn)行存儲整合,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、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。

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