基于蓝牙技术的物联网室内定位系统

付正诚

摘要：物联网是互联网世界的愿景，随着物联网技术和硬件配置能力的快速发展，基于位置的服务（LBS）作为移动互联网的基础服务之一，已经逐渐成为人们日常生活中的必要需求。目前应用最广泛的位置服务技术是全球定位系统（GPS），它在室外环境下的定位精度很高;但在复杂的室内环境下，建筑物对卫星信号的遮挡会导致信号衰减甚至被屏蔽，这会使定位难度加大并且无法获得准确的位置信息。

关键词：室内定位;LoRa;蓝牙网关;iBeacon;高斯滤波;定位算法;云平台

引言

近年来，物联网技术不断成熟，其应用已经渗透到生活的方方面面，在智能家居、智慧交通、环境监测、智能制造等方面发挥着重要作用。物联网的蓬勃发展离不开包括LTE、Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等众多异构通信技术的支撑。在物联网构架中，提出众多异构技术，是为了适应动态复杂的环境以及满足不同场景在通信范围、吞吐量、可靠性、时延和能耗等方面的应用需求.这些异构物聯网通信技术在各自的应用领域获得了巨大的成功。

1研究背景

随着世界各国经济的快速发展，资源、能源短缺逐渐成为全人类共同面临的问题，想要实现人类社会的可持续发展，必须要从合理分配资源、节约能源着手，从根源上改进人类生产生活对资源能源的过度消耗。因此，利用先进技术节约能源已成为学界共同研究的重要课题。我国国土辽阔、人口众多，在经济快速发展的背景下，能源消耗量巨大。物联网传感等技术能够大大节约资源，降低成本。人工智能与物联网技术的结合，能够解决很多人工失误造成的资源浪费，例如：忘记关灯、关空调等。

2物联网技术概述

物联网技术的组成元素是各类能收集数据的设备，它们样子千差万别，复杂程度也不尽相同。这类设备涵盖了从工业生产线上的自动驾驶车辆、监控外界温湿度的传感器、统计个人步数的手环以及智能家居、射频识别标签等等。因此任何可以采集外在数据，并且可以发送回去的设备都可以加入物联网生态系统中。本质上，物联网技术就是利用局域网或互联网等信息通信技术把传感检测装置、控制器、机械设备以及人员等客体通过网络技术联系在一起，形成人与物、物与物之间的新连接，实现生产、生活的信息化与智能化。总结来说，物联网是新时代下互联网的延伸，是网络互联技术的创新应用拓展。

3人工智能

所谓人工智能，简单来说就是借助处理器让计算机模拟人的语言行为，让机器模式人的反应，并将其应用到人们的生产生活之中，取代人工。信息时代背景下，各大组织机构深刻认识到科技是提升自身竞争力的有效手段，因此，都在人工智能领域投入巨大资金，期望以技术领先实现自身飞跃式发展。人工智能作为新技术产物，以三层神经网络为核心，涵盖了人脸识别、语言理解、图像处理等部分。人工智能研发的主要思路是借助人的思维方式，实现3个层面的智能处理：（1）输入层：用来感知数据。（2）输出层：用来深层次分析和处理数据。（3）隐含层：用来输出表达。

4系统方案

4.1系统总体设计方案

本文设计的系统使用蓝牙信标的方式进行定位，蓝牙信标广播当前的信号强度，经过滤波处理后进行距离转换，通过在具体场景下布设的多网关进行数据的上报;由基站进行数据汇总并传输给服务器，服务器通过定位引擎中的多点定位算法获取定位终端的位置数据，并将位置信息实时展示在Web页面。（定位终端（待定位点）：具备蓝牙4.0以上功能的标签、手环、工卡等均可作为能够持续向网关发送信号强度值和自身的mac地址信息的定位终端。本系统采用自主研发的定位终端设备和BlueNRG-2蓝牙低功耗片上系统，使用Beacon方式定时广播信号（定时时间可调），通过加速度传感器（G-Sensor）进行运动状态检测。当终端设备处于静止状态下，可设置每隔一段时间（时间可调）发送一次心跳数据。对于不同的部署场景，可对定位终端进行相关配置以满足定位实时性和功耗等需求。例如，在固定资产的定位场景中，定位终端（通常为标签）需固定在资产物体上，对于功耗的要求较高且其位置并不经常移动的，只有当物体移动时，才对其实时定位;物体保持静止状态时，每隔固定时间发出信号，若接收不到，后台根据判断机制触发报警。对于特殊区域的人员定位场景，人员随身携带定位终端（通常为工卡、手环），对定位的实时性要求较高，但对功耗要求不高。因此，定位终端有必要设计运动状态检测、心跳上报等功能以满足不同定位场景的需求。

4.2信号级的异构物联网直联通信技术

信号级的异构物联网直联通信技术通过模拟异构无线通信协议相应的信号实现直接通信.相比于利用粗粒度的数据包特征进行信息的调制，信号级的异构物联网直联通信吞吐量得到很大的提升.信号模拟是实现信号级异构物联网直联通信的主要方法，其核心思想为，在发送端通过控制数据包的有效载荷部分，即模拟接收端的波形，使得发送端的无线发射器产生能够被异构无线设备正确接收并解调的信号，依据传输给接收端的信息所对应的物理层目标信号，通过反向工程，推导出可以通过发送端设备产生的最接近目标信号的数据包报文内容.发送端发送数据包后，有效载荷部分可以成功通过接收端的前导码检测，从而被成功解调.理论上，基于信号模拟的异构物联网直联通信可以实现和接收端设备使用的无线技术同等的传输速率。

4.3物联网平台的搭建

人工智能技术能够为物联网提供更多技术支持，而物联网平台也能够推动人工智能技术的进一步发展，二者相互促进。具体来说：想要提高物联网技术的智能含量，要先将传感、智能识别、摄像等各个终端设备获取到的信息通过通信网络传送至中央处理平台，人工智能再对所有数据信息进行分析处理，然后把结果反馈到终端相应设备中。与此同时，为了提高用户的工作效率，减少其工作量，可以在用户端、终端加入中央处理器，并设置其可以批量的、自主的下达指令。越来越多的用户端、终端设备加入物联网平台，能够加速物联网的发展。湿度、温度、摄像、传感等终端设备是感受器，能够准确分析室内温度、亮度，再通过人工智能技术进行调整，最终形成人工智能与物联网完美融和的物联网平台。

结束语

与目前的蓝牙室内定位系统相比，本文设计的系统着重考虑了定位终端移动时的定位精度，且兼顾了定位速度和定位准确性，具有更高的应用价值。实验表明，本文设计的室内定位系统能够有效降低室内定位的误差，满足大多数目标场景的定位精度要求;所设计的前端界面能够提供精准的定位显示和轨迹查询等位置服务。该系统使用低功耗的蓝牙iBeacon方案，每个定位终端的使用时间均超过三年，无须频繁更换硬件。与传统的人员物资监管方式相比较，该系统很大程度地节约了人力成本，具有较高的实际应用价值。

参考文献

[1]贺勇勇，洪孟，秦飞.基于物联网技术的老人监护智能系统的研究与设计[J].化工管理，2019（36）：115-116.

[2]鲁阳.物联网终端可信认证与自动接入技术研究与实现[D].南京邮电大学，2019.

[3]李喆.基于SDN的IoT设备智能管理系统的研究[D].南京邮电大学，2019.

[4]许冬燕.面向工业制造的边缘网关系统关键技术研究与验证[D].南京邮电大学，2019.

[5]王子畅，许纯恺，朱丹燕，寿佳珏，程玉.物联网技术在电力行业机柜、机箱管理中的应用探讨[J].科技视界，2019（34）：246-248.