《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于BLE Mesh的資產(chǎn)定位系統(tǒng)設(shè)計
電子技術(shù)應(yīng)用
張毅，趙培軍，袁玲，王灝鈺，李靜
（重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065）
摘要： 針對當(dāng)前資產(chǎn)定位系統(tǒng)定位精度、建設(shè)成本和部署靈活性難以有效平衡的問題，基于BLE Mesh采用多維標(biāo)度分析（MultiDimensional Scaling-Map， MDS-MAP）定位算法設(shè)計了一種資產(chǎn)定位系統(tǒng)。系統(tǒng)首先對原始接收信號強度（Received Signal Strength Indicator， RSSI）進(jìn)行高斯-卡爾曼融合濾波，提高了RSSI值的準(zhǔn)確性；然后利用生存時間（Time To Live， TTL）對中繼節(jié)點進(jìn)行約束，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?；最后利用半徑彌補法與Bellman-Ford融合迭代方案對生成的距離矩陣進(jìn)行修正，減小了測距誤差。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的系統(tǒng)可有效完成藍(lán)牙標(biāo)簽信息更新以及位置展示，平均定位精度達(dá)到了0.94 m。本系統(tǒng)具有成本低、工程實施方便的優(yōu)點，有一定的應(yīng)用價值和發(fā)展前景。
中圖分類號：TN98
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223516
中文引用格式： 張毅，趙培軍，袁玲，等. 基于BLE Mesh的資產(chǎn)定位系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(7)：72-76.
英文引用格式： Zhang Yi，Zhao Peijun，Yuan Ling，et al. Design of assets positioning system based on BLE mesh[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(7)：72-76.
Design of assets positioning system based on BLE mesh
Zhang Yi，Zhao Peijun，Yuan Ling，Wang Haoyu，Li Jing
(School of Communication and Information Engineering， Chongqing University of Posts and Telecommunications， Chongqing 400065， China)
Abstract： It is difficult to effectively balance the positioning accuracy, construction cost, and deployment flexibility of the current asset positioning system. To address this challenge,this paper designs an asset positioning system based on bluetooth low energy (BLE) mesh using multidimensional scaling-map (MDS-MAP) positioning algorithm. Firstly, the original received signal strength indicator (RSSI) value is filtered by Gauss-Kalman fusion to improve its accuracy. Then, time to live (TTL) is used to restrict the relay nodes, which improves the data transmission efficiency. Finally, in order to reduce the ranging error, the range matrix is modified by using the radius compensation method and the Bellman-Ford fusion iteration scheme. The experimental results show that the designed system can effectively update the bluetooth tag information and display the location, and the average positioning accuracy reaches 0.94 m. This system has the advantages of low cost and convenient engineering implementation, and has certain application value and development prospect.
Key words : bluetooth low energy （BLE） mesh；received signal strength indicator （RSSI）；Gauss-Kalman fusion filtering；TTL constraint；Bellman-Ford algorithm；asset positioning system

0　引言

隨著各企事業(yè)單位的固定資產(chǎn)越來越多，賬實不符、資產(chǎn)流失等問題日益嚴(yán)重。因此，在如今的資產(chǎn)管理應(yīng)用中對“看得見”的需求越來越重視，使得資產(chǎn)定位管理成為近年來的熱門研究對象。由于低功耗藍(lán)牙具有低成本、安全性強、高速率且易集成等優(yōu)點，已在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。然而早期的藍(lán)牙只支持點到點通信，導(dǎo)致當(dāng)前基于藍(lán)牙的資產(chǎn)定位系統(tǒng)定位精度、部署靈活性以及建設(shè)成本難以有效平衡，在一定程度上限制了資產(chǎn)定位應(yīng)用的發(fā)展。其中，基于基站區(qū)域的定位系統(tǒng)雖然建設(shè)成本和施工復(fù)雜度都較低，但其定位精度只能達(dá)到房間級，無法完成資產(chǎn)定位。而基于多基站的定位系統(tǒng)因為增加了定位基站進(jìn)行輔助定位，其定位精度得到了提升?；贏OA的定位系統(tǒng)由于采用了陣列天線，定位精度甚至達(dá)到了厘米級，但同時也導(dǎo)致了這兩種系統(tǒng)的建設(shè)成本和施工復(fù)雜度都較高。

隨著BLE Mesh標(biāo)準(zhǔn)的頒布，新一代藍(lán)牙可以實現(xiàn)多對多Mesh組網(wǎng)，它允許節(jié)點之間以動態(tài)和非分層的方式傳輸數(shù)據(jù)，節(jié)點之間還可以相互協(xié)作，對其他設(shè)備的消息進(jìn)行有效中繼。單個節(jié)點的故障不會影響到整個網(wǎng)絡(luò)，相對傳統(tǒng)星型網(wǎng)絡(luò)，這種自組織的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)勢。它打破了早期藍(lán)牙傳輸范圍受限、部署不夠靈活的限制，讓以低功耗藍(lán)牙為基礎(chǔ)、Mesh為組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的BLE Mesh成為了室內(nèi)定位的新選擇。

本文在此基礎(chǔ)上提出了一種基于BLE Mesh的資產(chǎn)定位新方案，設(shè)計了應(yīng)用于資產(chǎn)管理的米級自組網(wǎng)定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用鄰居節(jié)點間的RSSI值并采用MDS-MDP定位算法實現(xiàn)對資產(chǎn)的定位，相對于當(dāng)前只能達(dá)到“房間級”的方案定位精度更高。雖然其精度沒有到達(dá)角度(Angle of Arrival, AOA)方案的高，但其具有成本更低、施工方便、靈活性更好的工程應(yīng)用優(yōu)勢。


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作者信息：

張毅，趙培軍，袁玲，王灝鈺，李靜

（重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065）

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