CN110996263A - 一种基于短距低功耗通讯技术的中继定位系统及定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于短距低功耗通讯技术的中继定位系统及定位方法，其中采用对蓝牙信标模块进行实时定位来实现对定位目标实现定位的问题。且蓝牙信标模块本身不需要通过如GPS/AGPS技术进行定位，而是通过扫描到蓝牙信标模块广播信息的若干中继设备进行辅助定位，即蓝牙信标模块的实时定位信息实际为中继设备自身通过卫星定位获得的定位信息，通过若干中继设备定位信息的统计即可以得到蓝牙信标模块实时定位信息及运动轨迹。本定位系统及方法有设备体型小，功耗低，易于携带的优点，所述系统高度复用现有中继接收端的能力，提供拓扑的定位功能，具有高复用性，高灵活性，配合加密，匿名打包等方法，具有有高可靠性，高隐私性的特点。

Description

一种基于短距低功耗通讯技术的中继定位系统及定位方法
技术领域
本发明属于网络定位技术，尤其是具有蓝牙信标模块的中继定位系统，以及中继定位方法。
背景技术
目前定位技术有网络辅助定位AGPS，卫星定位GPS，来实现手机，汽车等用户设备的定位和导航功能。
GPS系统主要由空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分组成：GPS卫星星座原本设计由24颗卫星组成，其中21颗为工作卫星，3颗为备用卫星。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面上。地面监控部分主要由1个主控站(Master Control Station，简称MCS)、12个地面天线站(Ground Antenna)和16个监测站(Monitor Station)组成。用户设备主要为GPS接收机，主要作用是从GPS卫星收到信号并利用传来的信息计算用户的三维位置及时间。
AGPS是一种在一定辅助配合下进行GPS定位的运行方式。它可以利用手机基站的信号，配合传统GPS卫星信号，让定位的速度更快。
但是，GPS/AGPS现有定位技术要求定位设备有较强的信号接收能力和计算能力，导致接收端复杂度高，功耗高，定位设备物理尺寸大，成本高，待机时间短。故如果需要对功耗要求低、充/换频率低、结构小巧的物体进行定位，则无法采用GPS/AGPS技术实现。
故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明提供一种基于短距低功耗通讯技术的中继定位系统，解决如何对功耗要求低、充/换电频率低、结构小巧的定位目标实现定位的问题。
本发明还提供一种基于短距低功耗通讯技术的中继定位方法，同样用以解决如何对功耗要求低、充/换电频率低、结构小巧的定位目标实现定位的问题。
技术方案：为达到上述目的，本发明基于短距低功耗通讯技术的中继定位系统可采用如下技术方案：
一种基于短距低功耗通讯技术的中继定位系统，包括蓝牙信标模块、查询终端、云端服务器、若干中继设备；
所述查询终端具有查询终端蓝牙模块及与蓝牙模块交换信号的蓝牙标签应用程序，蓝牙标签应用程序通过查询终端蓝牙模块扫描蓝牙信标模块发出的信标信号后，通过输入蓝牙信标模块对应的配置信息而与蓝牙信标模块建立管理员连接关系，查询终端蓝牙模块的通过管理员连接关系将查询终端的身份认证信息写入蓝牙信标模块；
所述若干中继设备均设有卫星定位模块、中继设备蓝牙模块及中继端扫描程序；中继设备通过中继设备蓝牙模块及中继端扫描程序周期性扫描蓝牙信标模块广播的信息，并将卫星定位模块获取的当前位置信息和蓝牙信标模块广播的信息一起打包，加密后传给云端服务器；蓝牙信标模块广播的信息包括查询终端的身份认证信息；
查询终端与云端服务器建立连接，云端服务器用以储存中继设备上传的打包信息，并根据查询终端的请求信息将打包信息中的当前位置信息及蓝牙信标模块广播的信息返回给查询终端。
而本发明提供的基于短距低功耗通讯技术的中继定位方法可采用以下技术方案：
一种基于短距低功耗通讯技术的中继定位方法，用以定位蓝牙信标模块的位置；其特征在于，
通过具有查询终端蓝牙模块及蓝牙标签应用程序的查询终端扫描蓝牙信标模块发出的信标信号后，通过输入蓝牙信标模块对应的配置信息而与蓝牙信标模块建立管理员连接关系，然后查询终端蓝牙模块的通过管理员连接关系将查询终端的身份认证信息写入蓝牙信标模块；
通过若干具有卫星定位模块、中继设备蓝牙模块及中继端扫描程序的中继设备周期性扫描蓝牙信标模块广播的信息，扫描到蓝牙信标模块广播的信息后，将卫星定位模块获取的当前位置信息和蓝牙信标模块广播的信息一起打包，加密后传给云端服务器；蓝牙信标模块广播的信息包括查询终端的身份认证信息；
查询终端与云端服务器建立连接，云端服务器储存中继设备上传的打包信息，并根据查询终端的请求信息将打包信息中的当前位置信息及蓝牙信标模块广播的信息返回给查询终端
有益效果：
本发明提供的中继定位系统及定位方法的技术方案中，均采用对蓝牙信标模块进行实时定位来实现对定位目标实现定位的问题。蓝牙信标模块为定位目标的一部分，蓝牙信标模块具有低功耗特性，在一枚纽扣电池供电的情况下工作1～2年，蓝牙Beacon技术的低复杂性可以使蓝牙TAG的体积做到如纽扣，学生队徽般小巧，方便儿童/老人/宠物/行李箱等目标使用者携带。而蓝牙信标模块本身不需要通过如GPS/AGPS技术进行定位，而是通过扫描到蓝牙信标模块广播信息的若干中继设备进行辅助定位，即蓝牙信标模块的实时定位信息实际为中继设备自身通过卫星定位获得的定位信息，通过若干中继设备定位信息的统计即可以得到蓝牙信标模块实时定位信息及运动轨迹。而蓝牙信标模块的定位精度可以通过调整蓝牙信标模块广播信息的强弱(覆盖范围)而调整。
故，本定位系统及方法有设备体型小，功耗低，易于携带的优点，所述系统高度复用现有中继接收端的能力，提供拓扑的定位功能，具有高复用性，高灵活性，配合加密，匿名打包等方法，具有有高可靠性，高隐私性的特点。
附图说明
图1是查询终端与蓝牙信标模块相互激活/登记的流程图。
图2是中继设备扫描信标信号、定位并上报云端服务器的原理示意图。
图3是中继设备扫描信标信号、定位并上报云端服务器的流程图。
图4是中继设备定位位置及轨迹查询的原理示意图。
图5是中继设备定位位置及轨迹查询的流程图。
具体实施方式
本实施例公开一种基于短距低功耗通讯技术的中继定位系统，包括蓝牙信标模块(蓝牙Beacon Tag)、查询终端(用户设备)、云端服务器、若干中继设备。
如图1所示，所述查询终端具有查询终端蓝牙模块及与蓝牙模块交换信号的蓝牙标签应用程序，蓝牙标签应用程序通过查询终端蓝牙模块扫描蓝牙信标模块发出的信标信号(蓝牙Beacon)后，通过输入蓝牙信标模块对应的配置信息而与蓝牙信标模块建立管理员连接关系，查询终端蓝牙模块的通过管理员连接关系将查询终端的身份认证信息(用户ID)写入蓝牙信标模块。其中，查询终端输入的蓝牙信标模块对应的配置信息包括蓝牙信标模块名称、蓝牙信标模块所有者信息、加密公钥。查询终端也可以设置该蓝牙信标模块的TAG昵称作为该蓝牙信标模块对应的身份标识。
蓝牙信标模块激活后，可周期性的广播加密信息，如TAG昵称及身份认证信息(用户ID)等。
如图2及图3所示，所述若干中继设备所述中继设备为安装中继端扫描程序的手机、平板电脑、计算机、汽车、公共服务设施中的一种或几种。中继设备均设有卫星定位模块(用以定位该中继设备的位置)、中继设备蓝牙模块及中继端扫描程序，中继设备通过中继端扫描程序周期性扫描蓝牙信标模块发出的信标信号。中继设备通过中继设备蓝牙模块及中继端扫描程序周期性扫描蓝牙信标模块广播的信息，并将卫星定位模块获取的(中继设备的)当前位置信息和蓝牙信标模块广播的信息一起打包，加密后传给云端服务器。即蓝牙信标模块的实时定位信息实际为中继设备自身通过卫星定位获得的定位信息，通过若干中继设备定位信息的统计即可以得到蓝牙信标模块实时定位信息及运动轨迹。蓝牙信标模块广播的信息包括查询终端的身份认证信息。其中，蓝牙信标模块广播的信息包括蓝牙信标模块的蓝牙MAC地址、蓝牙信标模块名称、时间信息、蓝牙信标模块广播的信息的MD5验证编码；其中蓝牙信标模块名称、时间信息、蓝牙信标模块广播的信息的MD5验证编码以RSA算法公钥加密。
如图4及图5所示，查询终端与云端服务器建立连接，云端服务器用以储存中继设备上传的打包信息，并根据查询终端的请求信息(查询终端的请求信息包括查询终端的身份认证信息以及查询终端蓝牙模块的蓝牙MAC地址)将打包信息中的当前位置信息及蓝牙信标模块广播的信息(如TAG昵称+用户ID等信息)返回给查询终端。查询终端得到蓝牙信标模块实时定位信息及运动轨迹。而蓝牙信标模块的定位精度可以通过调整蓝牙信标模块广播信息的强弱(覆盖范围)而调整。
所述蓝牙信标模块由于属于小型且低功耗的产品，可以设置于纽扣、学生队徽、行李箱或宠物项圈中，方便儿童/老人/宠物/行李箱等目标使用者携带。通过追踪该蓝牙信标模块的位置即可获得携带者的位置。
对应上述的中继定位系统，本发明也提供一种基于短距低功耗通讯技术的中继定位方法，用以定位蓝牙信标模块(蓝牙Beacon Tag)的位置。
如图1所示，通过具有查询终端蓝牙模块及蓝牙标签应用程序的查询终端扫描蓝牙信标模块发出的信标信号后，通过输入蓝牙信标模块对应的配置信息而与蓝牙信标模块建立管理员连接关系，然后查询终端蓝牙模块的通过管理员连接关系将查询终端的身份认证信息(用户ID)写入蓝牙信标模块。其中，查询终端输入的蓝牙信标模块对应的配置信息包括蓝牙信标模块名称、蓝牙信标模块所有者信息、加密公钥。
蓝牙信标模块激活后，周期性的广播加密信息，如TAG昵称及身份认证信息(用户ID)等。
如图2及图3所示，通过若干具有卫星定位模块、中继设备蓝牙模块及中继端扫描程序的中继设备周期性扫描蓝牙信标模块广播的信息，扫描到蓝牙信标模块广播的信息后，将卫星定位模块获取的当前位置信息和蓝牙信标模块广播的信息一起打包，加密后传给云端服务器；蓝牙信标模块广播的信息包括查询终端的身份认证信息。其中，蓝牙信标模块广播的信息包括蓝牙信标模块的蓝牙MAC地址、蓝牙信标模块名称、时间信息、蓝牙信标模块广播的信息的MD5验证编码；其中蓝牙信标模块名称、时间信息、蓝牙信标模块广播的信息的MD5验证编码以RSA算法公钥加密。
如图4及图5所示，查询终端与云端服务器建立连接，云端服务器储存中继设备上传的打包信息，并根据查询终端的请求信息(查询终端的请求信息包括查询终端的身份认证信息以及查询终端蓝牙模块的蓝牙MAC地址)将打包信息中的当前位置信息及蓝牙信标模块广播的信息(如TAG昵称+用户ID等信息)返回给查询终端。
同样的，而蓝牙信标模块本身不需要通过如GPS/AGPS技术进行定位，而是通过扫描到蓝牙信标模块广播信息的若干中继设备进行辅助定位，即蓝牙信标模块的实时定位信息实际为中继设备自身通过卫星定位获得的定位信息，通过若干中继设备定位信息的统计即可以得到蓝牙信标模块实时定位信息及运动轨迹。而蓝牙信标模块的定位精度可以通过调整蓝牙信标模块广播信息的强弱(覆盖范围)而调整。
本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种基于短距低功耗通讯技术的中继定位系统，其特征在于，包括蓝牙信标模块、查询终端、云端服务器、若干中继设备；
所述查询终端具有查询终端蓝牙模块及与蓝牙模块交换信号的蓝牙标签应用程序，蓝牙标签应用程序通过查询终端蓝牙模块扫描蓝牙信标模块发出的信标信号后，通过输入蓝牙信标模块对应的配置信息而与蓝牙信标模块建立管理员连接关系，查询终端蓝牙模块的通过管理员连接关系将查询终端的身份认证信息写入蓝牙信标模块；
所述若干中继设备均设有卫星定位模块、中继设备蓝牙模块及中继端扫描程序；中继设备通过中继设备蓝牙模块及中继端扫描程序周期性扫描蓝牙信标模块广播的信息，并将卫星定位模块获取的当前位置信息和蓝牙信标模块广播的信息一起打包，加密后传给云端服务器；蓝牙信标模块广播的信息包括查询终端的身份认证信息；
查询终端与云端服务器建立连接，云端服务器用以储存中继设备上传的打包信息，并根据查询终端的请求信息将打包信息中的当前位置信息及蓝牙信标模块广播的信息返回给查询终端。
2.根据权利要求1所述的中继定位系统，其特征在于：查询终端输入的蓝牙信标模块对应的配置信息包括蓝牙信标模块名称、蓝牙信标模块所有者信息、加密公钥。
3.根据权利要求1或2所述的中继定位系统，其特征在于：蓝牙信标模块广播的信息包括蓝牙信标模块的蓝牙MAC地址、蓝牙信标模块名称、时间信息、蓝牙信标模块广播的信息的MD5验证编码；其中蓝牙信标模块名称、时间信息、蓝牙信标模块广播的信息的MD5验证编码以RSA算法公钥加密。
4.根据权利要求1或2所述的中继定位系统，其特征在于：查询终端的请求信息包括查询终端的身份认证信息以及查询终端蓝牙模块的蓝牙MAC地址。
5.根据权利要求1所述的中继定位系统，其特征在于：所述中继设备为安装中继端扫描程序的手机、平板电脑、计算机、汽车、公共服务设施中的一种或几种，中继设备通过中继端扫描程序周期性扫描蓝牙信标模块发出的信标信号。
6.根据权利要求5所述的中继定位系统，其特征在于：所述蓝牙信标模块设置于纽扣、学生队徽、行李箱或宠物项圈中。
7.一种基于短距低功耗通讯技术的中继定位方法，用以定位蓝牙信标模块的位置；其特征在于，
通过具有查询终端蓝牙模块及蓝牙标签应用程序的查询终端扫描蓝牙信标模块发出的信标信号后，通过输入蓝牙信标模块对应的配置信息而与蓝牙信标模块建立管理员连接关系，然后查询终端蓝牙模块的通过管理员连接关系将查询终端的身份认证信息写入蓝牙信标模块；
通过若干具有卫星定位模块、中继设备蓝牙模块及中继端扫描程序的中继设备周期性扫描蓝牙信标模块广播的信息，扫描到蓝牙信标模块广播的信息后，将卫星定位模块获取的当前位置信息和蓝牙信标模块广播的信息一起打包，加密后传给云端服务器；蓝牙信标模块广播的信息包括查询终端的身份认证信息；
查询终端与云端服务器建立连接，云端服务器储存中继设备上传的打包信息，并根据查询终端的请求信息将打包信息中的当前位置信息及蓝牙信标模块广播的信息返回给查询终端。
8.根据权利要求1所述的中继定位方法，其特征在于：查询终端输入的蓝牙信标模块对应的配置信息包括蓝牙信标模块名称、蓝牙信标模块所有者信息、加密公钥。
9.根据权利要求1或2所述的中继定位方法，其特征在于：蓝牙信标模块广播的信息包括蓝牙信标模块的蓝牙MAC地址、蓝牙信标模块名称、时间信息、蓝牙信标模块广播的信息的MD5验证编码；其中蓝牙信标模块名称、时间信息、蓝牙信标模块广播的信息的MD5验证编码以RSA算法公钥加密。
10.根据权利要求1或2所述的中继定位方法，其特征在于：查询终端的请求信息包括查询终端的身份认证信息以及查询终端蓝牙模块的蓝牙MAC地址。
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