藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀-全文預(yù)覽
【正文】 房等設(shè)備對磁場造成局部紊亂現(xiàn)象,因此理論上講室內(nèi)場景不同的區(qū)域的地磁特征觀測結(jié)果應(yīng)當(dāng)具有良好的可區(qū)分性。常見的方法包括:基于傳播模型、基于貝葉斯概率模型、基于粒子濾波框架、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等等。在在線定位階段,系統(tǒng)通過對特定信號特征進(jìn)行觀測,并采用特定的方法,使用離線采樣階段生成的模型進(jìn)行匹配計(jì)算,從而提供位置估計(jì)。在實(shí)時(shí)定位的過程中,可以根據(jù)實(shí)時(shí)RSSI得到實(shí)時(shí)距離,然后根據(jù)實(shí)時(shí)距離采用相應(yīng)的定位算法獲得實(shí)時(shí)坐標(biāo)。在 2011 年，北京郵電大學(xué)研究組研制成功了基于 TCOFDM 的室內(nèi)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水平優(yōu)于 3 米垂直優(yōu)于1 米的高精度室內(nèi)定位。而且在室內(nèi)部署的各傳感器都是通過有線方式連接起來的，布線復(fù)雜且增加設(shè)備成本，因此沒有得到大規(guī)模使用。當(dāng)前，主流的室內(nèi)定位技術(shù)主要包括：紅外定位技術(shù)、RFID 定位技術(shù)、藍(lán)牙定位技術(shù)、超聲波定位技術(shù)、ZigBee 定位技術(shù)等。藍(lán)牙采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持點(diǎn)對點(diǎn)及點(diǎn)對多點(diǎn)通信， ISM[10]頻段。RSSI綜上所述，藍(lán)牙定位的研究一直探索利用更好的方法來解決室內(nèi)定位的問題，可以將這些方法歸納為基于 CellID 的方法、基于信號時(shí)間偏移的方法、基于信號傳播模型的方法、基于 Fingerprinting 的方法、基于參考點(diǎn)的方法和其他方法等。根據(jù)藍(lán)牙設(shè)備的穩(wěn)定性，提出了布置藍(lán)牙 tag 參考點(diǎn)的定位方法，再通過比較地圖上參考點(diǎn)的方法來確定目標(biāo)用戶的位置，在有 RSSI 信息的情況下，能夠更精確地估計(jì)坐標(biāo)位置。系統(tǒng)能利用 OBEX 對象交換協(xié)議來推送定位信息，利用三角定位原理可以實(shí)現(xiàn)高精度定位。Le Thanh Son 等人[40]針對當(dāng)前的藍(lán)牙定位系統(tǒng)在定位延遲、精度和可行性上的問題，提出一種新的定位方案，通過修改現(xiàn)有的藍(lán)牙規(guī)范，利用藍(lán)牙在無線信道上傳播的信號時(shí)間偏移來估算位置，仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻_(dá)到 的定位精度。文獻(xiàn)[38]提出了基于鏈路質(zhì)量 LQ 的三步定位方法，使用低成本的藍(lán)牙設(shè)備來實(shí)現(xiàn)高精度的定位過程，其中三步定位過程分別為LQ 采樣、藍(lán)牙基站調(diào)度和實(shí)時(shí)定位。這些信號傳播模型的方法在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中仍然不可取，很難找到一個(gè)準(zhǔn)確的模型來計(jì)算 RSSI 與距離的對應(yīng)關(guān)系。系統(tǒng)同時(shí)比較了不同藍(lán)牙錨節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、采集訓(xùn)練樣本和定位樣本個(gè)數(shù)對定位精度的影響。文獻(xiàn)[35, 36]中采用了基于指紋標(biāo)定 Fingerprinting 的定位方法。該方法采用的仍然是基于連接的 RSSI，不過提供了新的藍(lán)牙定位思路。系統(tǒng)同樣遇到了 GRPR 的問題，采用了多項(xiàng)式近似轉(zhuǎn)換的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了 的定位精度，實(shí)驗(yàn)中也使用了擴(kuò)展的卡漫濾波來實(shí)現(xiàn) 3D 位置的估計(jì)。在早期的藍(lán)牙規(guī)范中只提供基于連接的 RSSI，這就意味著定位接入點(diǎn)設(shè)備和用戶藍(lán)牙設(shè)備必須在定位階段一直建立連接。該方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是讓移動設(shè)備來決定它自己的位置，而藍(lán)牙錨節(jié)點(diǎn)和其他用戶都是匿名不確定的。該系統(tǒng)同樣利用 CellID 的方法，進(jìn)入覆蓋點(diǎn)的藍(lán)牙設(shè)備與藍(lán)牙接入點(diǎn)建立連接，重點(diǎn)分析了藍(lán)牙的發(fā)現(xiàn)和連接建立過程，以及此過程的時(shí)間消耗和延遲。實(shí)驗(yàn)分析了藍(lán)牙查詢周期的影響，同時(shí)考慮一個(gè)移動用戶在藍(lán)牙接入點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的接入時(shí)間，比如查詢周期為 時(shí)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的概率在 95%以上，在 20 米的覆蓋范圍內(nèi)以 ，剩下 秒可提供服務(wù)?；贑ellID 的方法實(shí)現(xiàn)了一個(gè) BIPS 藍(lán)牙定位系統(tǒng)。一類藍(lán)牙設(shè)備的信號覆蓋范圍是 100m，2 類藍(lán)牙設(shè)備是 10m，3 類是 4m。基于 ZigBee 的定位取決于 ，其缺點(diǎn)是短距離和高延時(shí)，對利用信號強(qiáng)度 RSSI 來進(jìn)行位置估計(jì)的應(yīng)用存在一定局限。下面主要從應(yīng)用場景上來介紹研究較為集中的幾種無線定位技術(shù)，其中室外定位主要使用 GPS和 GSM 無線技術(shù)，而室內(nèi)主要利用各種無線傳感器，包括紅外、超聲波、藍(lán)牙、WiFi、ZigBee 和 RFID 等。每種無線技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用局限性，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景，考慮系統(tǒng)成本、定位精度、實(shí)時(shí)性要求、技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度和算法復(fù)雜性等因素。基于 RFID 的定位技術(shù)是基于參考點(diǎn)的思想，在定位區(qū)域布置大量的 RFID 節(jié)點(diǎn)，再進(jìn)行匹配查找，這樣實(shí)現(xiàn)大范圍和高精度的室內(nèi)定位就取決于 RFID 參考點(diǎn)的布置密度。 基于范圍檢測的定位方法藍(lán)牙定位研究中最先引入了范圍檢測的思想(文中也稱為 CellID 思想)，原因是藍(lán)牙無線信號具有有限的短距離范圍特性。 2003 年 Anastasi G 等人[26]提出使用藍(lán)牙技術(shù)來實(shí)現(xiàn)一種定位框架和服務(wù)。BIPS可以追蹤移動用戶在一
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