CN108600966A - 一种基于窄带物联网和低功耗蓝牙的位置识别系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于窄带物联网和低功耗蓝牙的位置识别系统，它包括安装在监测地点的设备、服务器和手机APP，设备装备有NB‑IOT和BLE。本发明通过引入窄带物联网技术，增加了实时的通信通道，可以实时改变蓝牙的Beacon及相应的广播信息，同时增加相应的软件流程来增强考勤应用的安全性。

Description

一种基于窄带物联网和低功耗蓝牙的位置识别系统
技术领域
本发明涉及一种基于窄带物联网和低功耗蓝牙的位置识别系统。
背景技术
利用低功耗蓝牙(BLE)的Beacon来对位置进行识别已经是相当成熟的技术，同时由于Beacon是单向发送广播消息，对于密集人流的场合也适用，应用的场景非常广泛，如考勤，停车定位等。低功耗蓝牙的功耗较低，可以使用电池供电并运行数月至数年，对于大规模的部署带来很大的便利。
现有很多利用蓝牙的Beacon做考勤的应用，主要的方式在于：蓝牙发出相应的Beacon报文，在广播报文中携带相应的位置信息(教室，办公场所等)。当手机监测到相应的位置信息后，产生和位置相关的考勤信息。
此种现有应用的缺陷在于：
(1)蓝牙Beacon所发出的信息相对固定，不能实时改变，附带的相关信息也不能发生变化。
(2)由于蓝牙Beacon所发出的信息相对固定不变，对于考勤应用的安全性也会带来影响，可以伪造相应的蓝牙Beacon信息，来欺骗考勤系统。
(3)如要加入实时变化的功能，则需要增加网络通信的模块如WIFI模块，由于WIFI的覆盖范围有限，同时WIFI的功耗较高，不适用于电池的环境，使应用范围相对缩小。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于窄带物联网和低功耗蓝牙的位置识别系统，通过引入窄带物联网(NB-IOT)技术，增加了实时的通信通道，可以实时改变蓝牙的Beacon及相应的广播信息，同时增加相应的软件流程来增强考勤应用的安全性。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种基于窄带物联网和低功耗蓝牙的位置识别系统，它包括安装在监测地点的设备、服务器和手机APP，设备装备有NB-IOT和BLE；设备通过NB-IOT网络与服务器实时通信，并将NB-IOT读取的IMEI设备号及相应的位置信息实时上传至服务器；服务器实时接收并生成相应的配置信息发送给设备；设备根据接收到的相应的配置信息，实时更新设备的时间，修改BLE设备号及附加的广播信息，并通过BLE Beacon报文进行广播；手机APP扫描BLE的广播通道，并将扫描到的相应的BLE Beacon报文解码后，通过互联网发送给服务器；服务器将解码得到的相应的位置信息及附加信息与NB-IOT读取的相应的位置信息进行比较，并记录相应的时间信息和位置信息。
进一步地，服务器将实时接收到的IMEI设备号及相应的位置信息与数据库中所配置的信息进行比较，并为查找到的相应设备分配相应的BLE设备号以及更新BLE设备号所对应的广播信息发送给设备，同时服务器实时发送时间信息给设备，设备将使用该时间信息与服务器保持同步更新相应的广播信息。
进一步地，服务器实时发送更新的广播信息给设备，设备接收到更新的广播信息后做相应的变更，手机APP相应更新扫描到的信息，并发送服务器进行校验，同时设备实时发送NB-IOT读取的更新的位置信息给服务器。
进一步地，手机APP在未连接互联网的情况下，记录相应的BLE Beacon报文，并在互联网连接恢复时发送给所述服务器。
有益效果：
1.本发明通过集成窄带物联网NB-IOT技术，为现有的广泛应用的低功耗蓝牙BLE增加实时动态更新的功能，解决了现有系统在运行上的安全漏洞，并且还增加了额外的实时广播功能，可以广播活动内容，教室课程等额外信息。
2.本发明由于动态更新的BLE广播的位置信息，在手机APP未联网的情况下，可以通过记录BLE广播的信息，在手机APP重新联网时重新提交，并能保证位置的真实性。
3.本发明采用的窄带物联网NB-IOT的物料成本，通信费用都相对较低，增加动态功能并没有增加整个系统的运行成本。
4.本发明由于低功耗和高灵敏度，整个系统可以通过电池供电运行1年以上，使整个系统的安装维护成本也相对较低，并且可以安装在地下室等以往难以覆盖的地点。
5.本发明由于采用的方式为通过低功耗蓝牙(BLE)设备广播相应的位置信息，并且在同一地方可安装多个设备，可以增加承载的用户数量，由以往的0-10米约50用户，增加到0-30米约500用户，并不增加系统的复杂性，可以通过简单增加设备的数量来扩展用户的容量。
附图说明
图1是本发明一实施例的基于窄带物联网和低功耗蓝牙的位置识别系统的架构图；
图中：1-设备、11-NB-IOT、12-BLE、2-服务器、3-手机APP。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明的一种基于窄带物联网和低功耗蓝牙的位置识别系统，如图1所示，它包括安装在监测地点的设备1、服务器2和手机APP3，设备1装备窄带物联网(NB-IOT 11)和低功耗蓝牙(BLE 12)，设备1通过NB-IO网络与服务器2进行通信，手机APP 3通过扫描低功耗蓝牙(BLE 12)的广播通道与设备1进行通信，手机APP 3通过互联网与服务器2进行通信。
本实施例的工作原理如下：
首先将装备有窄带物联网(NB-IOT 11)的低功耗蓝牙(BLE 12)功能的设备1安装于需要监测的地点，同时此设备1和服务器2通信，报告相应的位置信息(位置信息由NB-IOT11的定位功能提供)，此时服务器2根据NB-IOT读取的IMEI设备号，发送相应的配置信息至设备1，其中需要广播的信息，将配置给低功耗蓝牙(BLE 12)，通过Beacon报文进行广播。
相应的服务器2的时间信息也会发送给设备1，设备1将使用此时间信息与服务器2保持同步更新相应的广播信息，如当前地点的相应活动，教室的当前课程等。
同时服务器2将实时发送更新的信息至设备1，设备1收到更新的信息后做相应的变更，设备1如有位置的变动，也会及时更新至服务器2。
用户使用支持低功耗蓝牙(BLE 12)的手机，但不仅限于手机，安装相应的APP软件，通过主动扫描获取相应的Beacon报文所广播的信息，对信息解码，得到相应的位置信息以及附加的如教室，地点等信息后，将此信息通过互联网发送到服务器2。
服务器2将此信息和NB-IOT 11提供的位置信息进行比较，如符合则记录相应的时间和用户的信息。
在此过程中服务器2会不断更新设备广播的信息，用户根据APP软件相应更新扫描到的信息，并发送服务器2进行校验，以此方式来对用户的位置信息进行跟踪。
相应的服务器2的逻辑，可以根据此信息对用户进行考勤，点名等操作。
在同一地方可以部署多个设备1，每个设备1所对应的NB-IOT 11的IMEI设备号不同，所广播的信息也不尽相同，但在服务器2所对应的位置信息相同，此种方式可以扩展低功耗蓝牙(BLE)的范围从0-20米，扩展至0-100米，使得本系统的适用性更加广泛。增加了对如大教室，大的办公区域等的支持范围。对于手机APP 3，则通过接收到的低功耗蓝牙(BLE)的信号强度RSSI，选择信号最强的设备1。由于无线信号的强度和距离的平方成反比，同时墙体会对信号有很大的衰减(-10db)，因此两个不同房间的设备1的信号强度会有很大的差别，对于不同房间会有极大的辨识度。
如用户手机的互联网连接断开，或者由于某种原因并不能和服务器2通信，则手机APP 3可相应的记录，BLE Beacon报文广播的信息(其中已包含时间等信息)，当用户手机重新接入网络时，可以补交相关的信息，此时的信息也是真实可靠，因为BLE Beacon报文广播的信息是动态变化的，很难进行伪造。
由于手机APP 3上报的信息不断变化，使得伪造相同Beacon报文来欺骗系统的可能性大大降低，也由于此上报过程是自动上报，并不需要用户的干预，使得位置的识别更加智能化。相应地，此系统只记录用户和设备1之间的关联关系，并不需要实时跟踪用户的位置信息，也使得用户的隐私得到保证。
本实施例的具体步骤如下：
(1)设备1上电，BLE 12初始启动，NB-IOT 11初始启动，NB-IOT11读取IMEI设备号，并且将IMEI设备号及相应的位置信息上传至服务器2。
(2)服务器2接收到设备1通过NB-IOT网络发送的IMEI设备号及相应的位置信息，将此信息和服务器2的数据库中所配置的信息进行比较，如查找到相应的设备1，则分配相应的BLE设备号，更新BLE设备号所对应的广播信息，并通过NB-IOT网络发送给本设备1。
(3)设备1接收到相应的配置信息后，更新设备的时间信息，并且修改BLE设备号及附加的广播信息。
(4)手机APP 3扫描BLE 11的广播通道，如扫描到相应的BLE Beacon报文，则对Beacon报文进行解析，并将解析后的信息通过互联网发送到服务器2。
(5)如手机APP 3不能连接互联网，则手机APP 3记录相应的BLE Beacon报文，并在互联网连接恢复时提交。
(6)服务器2根据配置的情况，定时更新设备1的相应需要广播的信息，并且能过NB-IOT网络发送给设备1。
在本实施例中，窄带物联网(NB-IOT 11)使用现有的800MHz左右的频段，灵敏度高，功耗低，在电池的情况下可以实现10年的使用寿命，同时不需要WIFI的连接，直接通过互联网和服务器通信，同时利用窄带物联网(NB-IOT 11)的定位功能(定位精度为<200米)可以实现低功耗蓝牙(BLE 12)的定位功能。
在本实施例中，利用窄带物联网(NB-IOT 11)的低功耗和实时通信功能，在服务器可以实时修改，低功耗蓝牙(BLE 12)发出的Beacon报文以及Beacon报文附带的广播信息，使得之前固定不变的信息变成动态的信息，使增加如广播当前课程，当前时间安排等辅助信息成为可能。
在本实施例中，增加了窄带物联网(NB-IOT 11)以后，由于可以实时更新Beacon报文信息，因此服务器可以定时动态更新Beacon报文信息，用户安装的APP软件只有将最新的Beacon报文信息发送给服务器校验当时的Beacon报文信息，才能考勤成功。
在本实施例中，由于增加了窄带物联网(NB-IOT 11)的低功耗和高灵敏度，使得系统可以应用在地下室等网络覆盖相对较差的地点(GSM，3G，4G信号等覆盖不完全)。同时电池供电的窄带物联网(NB-IOT 11)可以运行的时间是1-10年，相对于GSM/3G/4G的<1星期有很大的优势，对比WIFI(由于WIFI只能提供局域网的覆盖，还需要额外的互联网连接)的优势更加明显。
对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种基于窄带物联网和低功耗蓝牙的位置识别系统，它包括安装在监测地点的设备(1)、服务器(2)和手机APP(3)，其特征在于：所述设备(1)装备有NB-IOT(11)和BLE(12)；所述设备(1)通过NB-IOT网络与所述服务器(2)实时通信，并将所述NB-IOT(11)读取的IMEI设备号及相应的位置信息实时上传至所述服务器(2)；所述服务器(2)实时接收并生成相应的配置信息发送给所述设备(1)；所述设备(1)根据接收到的相应的配置信息，实时更新所述设备(1)的时间，修改BLE设备号及附加的广播信息，并通过BLE Beacon报文进行广播；所述手机APP(3)扫描所述BLE(12)的广播通道，并将扫描到的相应的BLE Beacon报文解码后，通过互联网发送给所述服务器(2)；所述服务器(2)将解码得到的相应的位置信息及附加信息与所述NB-IOT(11)读取的相应的位置信息进行比较，并记录相应的时间信息和位置信息。
2.根据权利要求1所述的基于窄带物联网和低功耗蓝牙的位置识别系统，其特征在于：所述服务器(2)将实时接收到的IMEI设备号及相应的位置信息与数据库中所配置的信息进行比较，并为查找到的相应设备分配相应的BLE设备号以及更新BLE设备号所对应的广播信息发送给所述设备(1)，同时所述服务器(2)实时发送时间信息给所述设备(1)，所述设备(1)将使用该时间信息与所述服务器(2)保持同步更新相应的广播信息。
3.根据权利要求1或2所述的基于窄带物联网和低功耗蓝牙的位置识别系统，其特征在于：所述服务器(2)实时发送更新的广播信息给所述设备(1)，所述设备(1)接收到更新的广播信息后做相应的变更，所述手机APP(3)相应更新扫描到的信息，并发送所述服务器(2)进行校验，同时所述设备(1)实时发送所述NB-IOT(11)读取的更新的位置信息给所述服务器(2)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于窄带物联网和低功耗蓝牙的位置识别系统，其特征在于：所述手机APP(3)在未连接互联网的情况下，记录相应的BLE Beacon报文，并在互联网连接恢复时发送给所述服务器(2)。
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