CN107889059A - 一种用于室内定位的组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于室内定位技术领域，具体的说是涉及一种用于室内定位的组网方法。本发明的方法主要是采用分级的组网方式，即采用具有蓝牙和因特网接入能力的双协议栈设备构建一级节点，所述一级节点可与多个蓝牙设备和因特网建立通信连接；采用蓝牙设备作为二级节点，所述二级节点用于广播蓝牙广播数据包，数据包中包含有定位信息，且二级节点定时与一级节点建立通信连接，进行与一级节点之间的数据交换。本发明的有益效果是：相对于传统的技术，本发明的方法采用二级级联的设备部署方案，以不违反蓝牙协议栈的方式，让传统蓝牙设备接入到互联网，从而极大的简化了对蓝牙终端的维护，同时还提出了更简便的确定节点设备空间坐标的方法。

Description

一种用于室内定位的组网方法

技术领域

本发明属于室内定位技术领域，具体的说是涉及一种用于室内定位的组网方法。

背景技术

室内定位与导航技术一直是一个没有得到妥善解决的研究领域。纵然定位算法理论已经很完备，国内外的学者们也都提出了很多基于不同技术种类的室内定位解决方案，但根据目前的情况来看，仍然没有一个通用的方便的且易于被市场接受的解决方案出现。

目前最常用的室内定位与导航技术方案是基于蓝牙低功耗技术的。蓝牙低功耗技术允许创建一种蓝牙信标设备，通过该设备定时向周围广播蓝牙广播帧和仅仅响应蓝牙扫描请求，就得到交换信息的目的，而无须像传统蓝牙设备那样，必须先配对并建立连接，才能进行信息交互。

基于蓝牙低功耗技术的解决方案里面，比较有代表性的是苹果公司的iBeacon和谷歌公司的Eddystone。两者的核心思路都是基于上述蓝牙低功耗技术的，具体差别不大，主要差异集中在对蓝牙广播帧格式的规定和系统层面(iOS/Android)层面的支持上。但不管差别如何，工作原理都是，在现场勘察确定要实施的设备节点部署方案以后，都会先把要部署的设备ID 信息和该设备的区域位置信息录入远程数据库，以建立节点档案。然后，通过现场人工操作的方式，把相应的节点设备安装到现场的对应位置，然后通过手机或蓝牙调试设备，与该节点设备配对，并连接上该节点设备，修改其蓝牙协议栈的GATT数据库信息，并让该节点设备根据修改后的GATT数据库来动态更新其广播数据包信息。通常，对于节点设备，它都会广播自己的设备ID身份，来让用户设备知晓自己所在的位置附近都有哪些节点设备，并与远程数据库信息交叉比对，从而确定自己的位置。

一般而言，目前苹果和谷歌等公司推出的传统的基于蓝牙低功耗技术的解决方案，因为市面上蓝牙设备芯片的功能和前期蓝牙技术的限制，没有可远程维护的功能，只能近距离地现场进行配置与维护。所以若一个片区部署的设备规模过大，维护工作(比如更换电池和配置设备的广播信息)会变得非常繁重。于是传统的解决方案都不适用于大规模和高密度的部署。但一般而言室内定位的部署都需要部署足够数量的设备，所以传统技术的不方便部署和维护的缺点，导致了实际普及的困难。

也因为传统的解决方案不支持大规模高密度的部署，加上蓝牙技术要求的低功耗和小型化特性导致蓝牙技术对其信号的物理特性无法很好地加以利用，所以在室内的应用上，即使采用算法进行优化或采用创新的部署方式，传统的解决方案定位精度都仍然不高。于是，传统的解决方案在室内定位的应用上都做出了妥协，转而强调服务于基于区域位置的元数据推送，而弱化对室内高精度导航的支持。故传统的解决方案不能很好地支持室内导航的需求。

所以，传统方案存在“部署与维护难”、“不支持高精度室内导航需求”的不足。

发明内容

本发明的目的是，针对上述问题，提供一种用于室内定位的组网方法。

本发明的技术方案是：

用于室内定位的组网方法，该方法用于基于蓝牙设备的室内定位系统，其特征在于，包括：

采用具有蓝牙和因特网接入能力的双协议栈设备构建一级节点，所述一级节点可与多个蓝牙设备和因特网建立通信连接；

采用蓝牙设备作为二级节点，所述二级节点用于广播蓝牙广播数据包，数据包中包含有定位信息，且二级节点定时与一级节点建立通信连接，进行与一级节点之间的数据交换；

具体组网方法为：

S1、根据目标室内定位区域特征，确定需要部署一级节点和二级节点的信息，并将信息存入服务器；

S2、安装一级节点，并将一级节点与服务器建立网络连接；

S3、安装二级节点，每个二级节点安装完成后，需首先与最邻近的一级节点进行蓝牙连接，并向该连接的一级节点发送自身的ID信号，一级节点根据二级节点的ID信息从服务器获取相应的配置信息返回给二级节点，二级节点完成配置后，断开与一级节点的连接，进入广播状态；

S4、二级节点在固定的间隔时间段内，与一级节点建立连接并向一级节点发送自身的状态信息，一级节点将接收到的二级节点状态信息发送给服务器。

上述方案的目的，是针对目前采用蓝牙设备进行室内定位存在的缺陷，即，服务器存储的节点设备位置等信息需要部署人员手动地与每一个设备进行配对连接并配置到节点设备中，因为传统蓝牙设备无法远程接入到互联网去与远程服务器交互，故部署的时候费事费力，以及在使用一段时间以后，蓝牙设备会因为电池耗尽而需要更换，但管理人员却无法方便并及时地获得设备损耗信息，只能到定期到现场采用调试设备扫描的方式来确定设备的工作状态，故维护起来也费时费力的缺陷，所提出的针对性的解决方法。上述方案的主要优点在于，打破了传统技术中仅仅针对定位方法本身进行改进的思维禁锢，提出了二级连接方式，通过设置即可与蓝牙设备通信，又可与互联网通信的中转服务器，使得蓝牙定位终端的信息变得易于获取，从而解决了传统技术中存在的问题。

进一步的，所述步骤S1中，确定需要部署的二级节点信息的具体方法为：

对部署区域确定一个坐标原点，将具有惯性传感器的定位设备放在坐标原点，在开启惯性导航的条件下，将定位设备移动到要部署的点上，根据惯性传感器测得的参数可获得该点与原点的相对坐标，获得该点的左边位置信息，重复多次即可获得所有安装点的位置信息。

上述方案所解决的是，传统技术中：对于要部署的设备节点，节点的ID信息、节点区域位置信息或者其他节点需要被广播的信息，都会通过其他手段被预先录入到远程服务器中。但在实际应用中，因为部署的节点设备数量往往非常庞大，特别是节点的位置信息很难逐一手工测量，所以部署起来费时费力。上述方案采用惯性导航的测量办法，来方便地得到节点设备需要部署到的位置的相对坐标，用以方便录入到远程服务器数据库中。

进一步的，所述一级节点采用有线连接的供电模式，二级节点采用便携式供电模式。

进一步的，所述一级节点之间的间距≤10米，二级节点之间的间距为1米。

进一步的，当用户设备只接收到1个二级节点的信息时，则以该二级节点的位置信息为定位结果；当用户设备接收到多个二级节点的信息时，则把这些二级节点的空间位置信息和信号强度作为已知量，通过极大似然估计法方程求解出用户设备当前的位置。

本发明的有益效果是：相对于传统的技术，本发明的方法采用二级级联的设备部署方案，以不违反蓝牙协议栈的方式，让传统蓝牙设备接入到互联网，从而极大的简化了对蓝牙终端的维护，同时还提出了更简便的确定节点设备空间坐标的方法。

附图说明

图1为本发明组网的逻辑结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明主要是通过一个二级级联的设备部署方案，来解决设备部署和维护难的问题，具体包括：

1、采用具有蓝牙低功耗功能芯片和WiFi芯片并使用有线电源工作的双协议栈设备——蓝牙路由器，作为一级节点设备，用于通过因特网与远程服务器交互，并管理二级节点设备。

2、采用微型的方便安装的具有蓝牙低功耗芯片并使用纽扣电池工作的蓝牙设备，作为二级节点设备，用于广播相应蓝牙广播数据包给用户设备用于定位，并会定时与一级节点设备建立蓝牙连接，通过与一级节点设备来与因特网远程服务器交互并完成自己设备信息的自动配置，并能根据自动配置的信息动态地更新自己的蓝牙广播数据包。

3、现场部署时，先确定部署方案，然后把相应节点信息录入远程服务器。

4、安装好一级节点，一级节点的安装一般位于房间区域的天花板中心等位置，并且安装密度很低，一般直径10米的球形区域内仅部署一个(10米是蓝牙通信的一般距离)。安装以后，通过调试设备连接到一级节点的管理后端，配置好该一级节点与服务器的互联网连接。

5、把剩下的二级节点逐一安装到既定位置。每安装一个二级节点，在通电后，通过按钮激活自动配置操作。自动配置操作包括：首先搜索附近的一级节点设备；然后与该一级节点设备进行蓝牙连接，并向一级节点设备提供自身的ID信息，让一级节点设备代为向远程服务器获取其所有的自动配置信息并返回给其自身；最后完成自动配置，更新广播数据包。在完成自动配置之后，二级节点与一级节点断开连接，以节约电源并进入广播状态。

6、在初始化并完成自动配置以后，二级节点设备会定时再次搜索附近的一级节点设备(定时时间在自动配置时被设定)，并向一级节点设备反馈自己的剩余电量，让一级节点设备代为在远程服务器更新其工作状态。于是管理人员可以远程并实时地获取到所有的二级节点的电池损耗信息和工作状态。

7、一段时间以后，当服务器检测到某个节点的剩余电量信息降低到某阈值时便向管理员发出警报，并在某节点的最后更新超时时限超出某个设定阈值时通知管理员该节点已经宕机或者因为外界原因已无法正常接入系统，需要到现场定点更换或维护。

最后，为了改善传统方案无法很好满足高精度室内导航的需求问题，本发明的方案是：通过网格精定位和极大似然估计法来进一步提高定位精度的方法。

首先要求需要极大地提高二级节点设备部署密度(一般需要做到直径1米的空间区域内至少部署一个二级节点设备)。通过极大地提高二级节点设备的部署密度以后，这些二级节点设备便构成一张网格，并把所在区域划分成一个个空间格子。这样当用户设备进入到这张网格中并开启蓝牙扫描以后，用户设备便可以根据附近的二级节点信息，判断出自己所在的网格，从而知道自己所在的空间格子。因为格子的直径为一米，所以相当于把定位精度首先控制在一米以内。

若只检测到一个二级节点信息，那便以该二级节点代表的网格位置信息报告给用户，完成定位。若检测到超过三个的二级节点信息，则把这些二级节点的空间位置信息和信号强度作为已知量，通过极大似然估计法方程求解出用户设备当前的位置，以利用更多的有效信息，进一步提高定位精度。

相对于传统方法，本发明还具有：因为二级节点的坐标等位置信息均是通过广播的方式直接通知到用户设备，所以用户设备无需如传统方案那样预先存储数量庞大的节点信息或与远程服务器存储的节点设备位置信息进行交叉比对，从而达到节约处理资源、提升定位效率的效果。

Claims (5)

1.用于室内定位的组网方法，该方法用于基于蓝牙设备的室内定位系统，其特征在于，包括：

采用具有蓝牙和因特网接入能力的双协议栈设备构建一级节点，所述一级节点可与多个蓝牙设备和因特网建立通信连接；

采用蓝牙设备作为二级节点，所述二级节点用于广播蓝牙广播数据包，数据包中包含有定位信息，且二级节点定时与一级节点建立通信连接，进行与一级节点之间的数据交换；

具体组网方法为：

S1、根据目标室内定位区域特征，确定需要部署一级节点和二级节点的信息，并将信息存入服务器；

S2、安装一级节点，并将一级节点与服务器建立网络连接；

S3、安装二级节点，每个二级节点安装完成后，需首先与最邻近的一级节点进行蓝牙连接，并向该连接的一级节点发送自身的ID信号，一级节点根据二级节点的ID信息从服务器获取相应的配置信息返回给二级节点，二级节点完成配置后，断开与一级节点的连接，进入广播状态；

S4、二级节点在固定的间隔时间段内，与一级节点建立连接并向一级节点发送自身的状态信息，一级节点将接收到的二级节点状态信息发送给服务器。

2.根据权利要求1所述的用于室内定位的组网方法，其特征在于，所述步骤S1中，确定需要部署的二级节点信息的具体方法为：

对部署区域确定一个坐标原点，将具有惯性传感器的定位设备放在坐标原点，在开启惯性导航的条件下，将定位设备移动到要部署的点上，根据惯性传感器测得的参数可获得该点与原点的相对坐标，获得该点的左边位置信息，重复多次即可获得所有安装点的位置信息。

3.根据权利要求2所述的用于室内定位的组网方法，其特征在于，所述一级节点采用有线连接的供电模式，二级节点采用便携式供电模式。

4.根据权利要求3所述的用于室内定位的组网方法，其特征在于，所述一级节点之间的间距≤10米，二级节点之间的间距为1米。

5.根据权利要求4所述的用于室内定位的组网方法，其特征在于，当用户设备只接收到1个二级节点的信息时，则以该二级节点的位置信息为定位结果；当用户设备接收到多个二级节点的信息时，则把这些二级节点的空间位置信息和信号强度作为已知量，通过极大似然估计法方程求解出用户设备当前的位置。