浅析蓝牙Mesh在室内定位中的应用

2020-10-20李翔宇孙强

科学与信息化 2020年22期

关键词：室内定位

李翔宇　孙强

摘要本文简要分析了一种基于蓝牙Mesh的室内定位方法，主要利用Mesh组网中低功耗节点和好友节点的友谊特性，保持室内定位原有功能，结合蓝牙低功耗协议，进一步改进室内定位的技术与方案。

关键词室内定位;低功耗蓝牙;组网技术

前言

定位可分为室外定位和室内定位。GPS定位技术因室内结构复杂，无线信号易产生反射、折射、多径效应[1]或无法穿透墙体等现象，无法应用于室内场景。本文提出一种运用蓝牙Mesh实现室内定位的方法，对现有定位技术进行优化。

1室内定位的研究现状

1.1 室内定位原理

室内定位的原理分为基于测量定位和基于非测量定位。测量定位包括三种：基于到达时间（TOA）、到达角（AOA）和RSSI。TOA先发送无线信号测量未知和已知位置，再测量二者之间的到达时间差，计算未知位置;AOA通过测量未知位置到两已知参考点的角度来定位;基于RSSI信号传输模型的定位[2]本质是一种距离定位方法，在给定信号传输模型下，测量传输时间以确定目标到已知参考点的传输距离，使用三相测量方法定位未知目标。

非测量定位通过如指纹定位和行人航位进行推算[1]。指纹定位通过现有的Wi-Fi节点作为信号发射机、使用者的智能手机作为接收机来定位;而行人航位推算通过多点之间的夹角和距离借助近邻法进行定位。

1.2 室内定位技术

目前的定位技术主要有：蓝牙定位、WLAN定位、Zigbee定位、室内GPS定位、RFID定位、地磁定位等。

蓝牙是一种短距离无线通信技术，遵循统一的蓝牙标准，任意两设备都可短距离无线通信;若节点长时工作，作为降低功耗的改进方案，以低功耗蓝牙（BLE）为基础、Mesh为组网结构的蓝牙 Mesh成为室内定位的新选择。

2基于蓝牙Mesh的室内定位方案

2.1 蓝牙Mesh技术简介

Mesh是应用较普遍的低功耗无线蓝牙技术，支持新拓扑结构，通过全新方式进行通信，适合全新场景和行业需求。

蓝牙Mesh系统架构包括蓝牙低功耗、承载层、网络层、底层传输层、上层传输层、访问层、基础模型、模型。“蓝牙低功耗”层是完整的蓝牙低功耗堆栈，它让配置文件设计人员利用一系列不同安全机制，从各种可能配对方法到与个人特性相关的个人安全性要求。蓝牙网络安全的核心为网络密钥、应用密钥和设备密钥，为Mesh的不同方面提供安全性。

蓝牙Mesh通过“管理型网络犯洪机制”技术传递消息。发布节点时广播消息，所有处无线电域内节点的消息都可被接收，再对接收的消息中继。

2.2 组网和定位方案

蓝牙Mesh利用泛洪的方法，在室内预设低功耗节点和好友节点;单个节点在其范围内检测、建立友谊关系，低功耗节点将包含距离、角度等信息的消息转发给好友节点，好友节点对其进行存储整合，最后发送给终端进行处理。

图1 Mesh网络的拓扑结构示意图

如图1，节点A至H与T和低功耗节点I至M对室内物品的距离、角度等检测，通过中继节点或好友节点进行数据比对、交换，通过算法[3]确定最终数据，此后无关节点进入休眠状态以降低功耗，剩余数据由好友节点和上层进行处理。

3结束语

本文简析目前室内定位的技术核心和蓝牙Mesh组网结构，说明在蓝牙Mesh组网下的室内定位技术的应用，不仅能实现室内定位的原有功能，也保留蓝牙Mesh组网的低功耗和安全性高的特性。

参考文献

[1] 蔺飞宇.基于蓝牙mesh的室内定位技术研究[D].新乡：河南师范大学，2018.

[2] 张琳，张涛，郭希蕊，等.智能室内定位系统研究[J].邮电设计技术，2020（3）：28-32.

[3] 杨望卓，刘太君，张永波，等.基于蓝牙Mesh-SVM算法的室内定位系统[J].无线通信技术，2017，26（1）：24-27.

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