淺析藍牙Mesh在室內定位中的應用

李翔宇　孫強

摘 要 本文簡要分析了一種基于藍牙Mesh的室內定位方法，主要利用Mesh組網中低功耗節點和好友節點的友誼特性，保持室內定位原有功能，結合藍牙低功耗協議，進一步改進室內定位的技術與方案。

關鍵詞 室內定位;低功耗藍牙;組網技術

前言

定位可分為室外定位和室內定位。GPS定位技術因室內結構復雜，無線信號易產生反射、折射、多徑效應[1]或無法穿透墻體等現象，無法應用于室內場景。本文提出一種運用藍牙Mesh實現室內定位的方法，對現有定位技術進行優化。

1室內定位的研究現狀

1.1 室內定位原理

室內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：基于到達時間（TOA）、到達角（AOA）和RSSI。TOA先發送無線信號測量未知和已知位置，再測量二者之間的到達時間差，計算未知位置;AOA通過測量未知位置到兩已知參考點的角度來定位;基于RSSI信號傳輸模型的定位[2]本質是一種距離定位方法，在給定信號傳輸模型下，測量傳輸時間以確定目標到已知參考點的傳輸距離，使用三相測量方法定位未知目標。

非測量定位通過如指紋定位和行人航位進行推算[1]。指紋定位通過現有的Wi-Fi節點作為信號發射機、使用者的智能手機作為接收機來定位;而行人航位推算通過多點之間的夾角和距離借助近鄰法進行定位。

1.2 室內定位技術

目前的定位技術主要有：藍牙定位、WLAN定位、Zigbee定位、室內GPS定位、RFID定位、地磁定位等。

藍牙是一種短距離無線通信技術，遵循統一的藍牙標準，任意兩設備都可短距離無線通信;若節點長時工作，作為降低功耗的改進方案，以低功耗藍牙（BLE）為基礎、Mesh為組網結構的藍牙 Mesh成為室內定位的新選擇。

2基于藍牙Mesh的室內定位方案

2.1 藍牙Mesh技術簡介

Mesh是應用較普遍的低功耗無線藍牙技術，支持新拓撲結構，通過全新方式進行通信，適合全新場景和行業需求。

藍牙Mesh系統架構包括藍牙低功耗、承載層、網絡層、底層傳輸層、上層傳輸層、訪問層、基礎模型、模型。“藍牙低功耗”層是完整的藍牙低功耗堆棧，它讓配置文件設計人員利用一系列不同安全機制，從各種可能配對方法到與個人特性相關的個人安全性要求。藍牙網絡安全的核心為網絡密鑰、應用密鑰和設備密鑰，為Mesh的不同方面提供安全性。

藍牙Mesh通過“管理型網絡犯洪機制”技術傳遞消息。發布節點時廣播消息，所有處無線電域內節點的消息都可被接收，再對接收的消息中繼。

2.2 組網和定位方案

藍牙Mesh利用泛洪的方法，在室內預設低功耗節點和好友節點;單個節點在其范圍內檢測、建立友誼關系，低功耗節點將包含距離、角度等信息的消息轉發給好友節點，好友節點對其進行存儲整合，最后發送給終端進行處理。

圖1 Mesh網絡的拓撲結構示意圖

如圖1，節點A至H與T和低功耗節點I至M對室內物品的距離、角度等檢測，通過中繼節點或好友節點進行數據比對、交換，通過算法[3]確定最終數據，此后無關節點進入休眠狀態以降低功耗，剩余數據由好友節點和上層進行處理。

3結束語

本文簡析目前室內定位的技術核心和藍牙Mesh組網結構，說明在藍牙Mesh組網下的室內定位技術的應用，不僅能實現室內定位的原有功能，也保留藍牙Mesh組網的低功耗和安全性高的特性。

參考文獻

[1] 藺飛宇.基于藍牙mesh的室內定位技術研究[D].新鄉：河南師范大學，2018.

[2] 張琳，張濤，郭希蕊，等.智能室內定位系統研究[J].郵電設計技術，2020（3）：28-32.

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

作者簡介

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

孫強（1980-），男;職稱：副教授，現就職單位：南通大學信息科學技術學院，研究方向：無線通信。