田林青，余成波，孔慶達(dá)，王艷麗

　?。ㄖ貞c理工大學(xué) 遠(yuǎn)程測試與控制研究所，重慶市400054）

       摘要：互聯(lián)網(wǎng)和移動終端的普及推動著LBS向ILBS發(fā)展，而藍(lán)牙與移動終端良好的契合使其成為室內(nèi)定位技術(shù)的首選。分析了基于藍(lán)牙技術(shù)的推送系統(tǒng)的原理，實(shí)現(xiàn)了以藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)、移動終端、服務(wù)器為三大模塊的推送系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以藍(lán)牙4.0設(shè)備發(fā)射信號、BluetoothAdapter掃描搜索、HttpURLConnection傳輸數(shù)據(jù)、JPush推送信息、Sae云平臺移植組成的室內(nèi)定位推送系統(tǒng)具有開發(fā)周期短、消息推送實(shí)時性強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)?；诖藰?gòu)建的藍(lán)牙技術(shù)的推送系統(tǒng)在室內(nèi)定位方面具有很大的市場價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞：藍(lán)牙；ILBS；信息推送

　　中圖分類號：TP393.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674 7720.2016.20.017

　　引用格式：田林青，余成波，孔慶達(dá)，等. 基于藍(lán)牙技術(shù)的推送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35（20）：61 64.

0引言

　　近幾年，LBS(基于位置信息服務(wù))技術(shù)已經(jīng)在人們生活中得到廣泛應(yīng)用，比如通過GPS來獲得位置信息。然而，互聯(lián)網(wǎng)和移動終端的普及和發(fā)展，推動著LBS向ILBS（基于室內(nèi)位置服務(wù)）過渡。一些景點(diǎn)、商場、博物館、機(jī)場等公共場所需要室內(nèi)定位來提供精確的位置信息，而GPS等室外定位技術(shù)由于信號在室內(nèi)衰減快，不能用于室內(nèi)定位。室內(nèi)定位技術(shù)主要有藍(lán)牙、ZigBee、WiFi、射頻識別、超寬帶等。由于藍(lán)牙和移動終端的良好契合以及藍(lán)牙4.0版本推出以來的低功耗、低成本、高性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)，使得藍(lán)牙技術(shù)成為移動終端室內(nèi)定位技術(shù)的首選。本文基于藍(lán)牙技術(shù)，選取藍(lán)牙4.0設(shè)備作為信號發(fā)射節(jié)，BluetoothAdapter用來掃描搜索各節(jié)點(diǎn)信息，HttpURLConnection用來傳輸采集到的所需信息，JPush用來向終端推送消息，以及最后將本地服務(wù)器端程序部署到Sae云平臺，從而完成整個推送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1推送系統(tǒng)分析

　　1.1推送系統(tǒng)工作原理

　　推送系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。在室內(nèi)環(huán)境根據(jù)所需部署一定數(shù)量的藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)AP，攜帶安裝相應(yīng)APP的移動終端進(jìn)入定位區(qū)域采集各節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息［1-2］。APP接收各藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)發(fā)出的設(shè)備名和信號強(qiáng)度等信息并將其發(fā)送至服務(wù)器端，服務(wù)器端結(jié)合室內(nèi)定位算法訪問離線建立的數(shù)據(jù)庫從而得到終端具體位置。最后通過得到的具體位置調(diào)用第三方推送服務(wù)器完成消息的推送［3］。系統(tǒng)核心部分包括采集模塊、傳輸模塊和推送模塊。而訪問數(shù)據(jù)庫和調(diào)用第三方推送服務(wù)器的操作都集成在服務(wù)器中。

　　1.2硬件選型

　　推送系統(tǒng)的硬件部分主要是對藍(lán)牙發(fā)射節(jié)點(diǎn)的選取。藍(lán)牙4.0是2012年最新藍(lán)牙版本，是藍(lán)牙3.0的升級版本，較3.0版本具有更省電、成本低、3 ms低延遲、超長有效連接距離、AES128加密等優(yōu)點(diǎn)。與4.0以后的版本比較，4.0的優(yōu)勢則在于其成熟的技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用以及具有更高的性價(jià)比，因此藍(lán)牙4.0設(shè)備是實(shí)驗(yàn)首選的藍(lán)牙發(fā)射節(jié)點(diǎn)。本系統(tǒng)采用CC2540作為核心芯片，尺寸為41×41×21(mm)，采用電池CR2477（1000 mAh)，采用工作時間能持續(xù)一年以上的iBeacon作為藍(lán)牙發(fā)射節(jié)點(diǎn)。其能提供空曠地大于50 m以上的信號接收以及500 ms的廣播頻率和-0 dBm的廣播功率，滿足系統(tǒng)所需要求。產(chǎn)品如圖2所示。通過產(chǎn)品表面USB接口旁邊的開關(guān)即可打開設(shè)備。

2采集模塊

　　持有相應(yīng)APP的移動終端進(jìn)入藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域，當(dāng)用戶打開APP并且根據(jù)用戶名和密碼登錄成功之后便可以進(jìn)行定位。而定位的觸發(fā)是通過定位按鈕來進(jìn)行開啟定位的。這樣APP就會自動接收來自藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的信息，這些信息包括UUID、NAME、RSSI、Major、Minor、MAC等。而采集模塊要做的就是根據(jù)接收到的多個藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，從中獲得所需數(shù)據(jù)，然后將有用的數(shù)據(jù)打包以進(jìn)行傳輸。通常的做法是利用Android四大組件之一的Broadcast Receiver［4］。先對Receiver進(jìn)行注冊，然后再在實(shí)例化的Receiver中根據(jù)filter過濾廣播。由于實(shí)例化的Receiver是一個條件循環(huán)語句，因此便能在其內(nèi)部處理多個節(jié)點(diǎn)發(fā)過來的信息，從而對有用數(shù)據(jù)進(jìn)行整理打包。但此方法的弊端在于廣播接收器本身就是一個子線程，而這個子線程持續(xù)的時間不長便會自動結(jié)束，因此不能在其中加入訪問網(wǎng)絡(luò)等耗時操作，否則子線程關(guān)閉時會強(qiáng)制結(jié)束在其中加入的操作。然而此系統(tǒng)的定位本身就是一個訪問服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)耗時操作，還涉及數(shù)據(jù)庫的訪問和消息推送，因此這種方法并不可取。

　　針對搜索BLE低功耗藍(lán)牙設(shè)備，Android官方提供了一種專門掃描藍(lán)牙設(shè)備的方法startLeScan。這種方法通過藍(lán)牙適配器BluetoothAdapter啟動，并且需要傳入BluetoothAdapter.LeScanCallback類型參數(shù)，這里將其命令為Scancallback。而其內(nèi)部的onLeScan方法實(shí)現(xiàn)了核心數(shù)據(jù)的接收和處理。核心代碼如下：

　　public void onLeScan(BluetoothDevice device, int rssi, byte［］ scanRecord) {

　　int startByte = 2;

　　boolean patternfound = false;

　　//尋找iBeacon

　　while (startByte <= 5) {

　　if (((int) scanRecord［startByte + 2］ & 0xff) == 0x02 &&((int) scanRecord［startByte + 3］ & 0xff) == 0x15) {

　　patternfound = true;

　　break;

　　}

　　startByte++;

　　}

　　//如果找到藍(lán)牙設(shè)備

　　if (patternfound) {

　　//此處限于篇幅，獲得所需的設(shè)備名和信號強(qiáng)度值即可

　　ibeaconName = device.getName();

　　mrssi = rssi;

　　}

　　}

　　在onLeScan方法內(nèi)部就能拿到所需的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。由于Scancallback是一個循環(huán)，設(shè)備會不斷地搜索來自附近的藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息，并且不會自動關(guān)閉此掃描，因此能夠在此循環(huán)中加入耗時操作，很好地解決了室內(nèi)定位的耗時問題。

3傳輸模塊

　　經(jīng)過APP搜索得到的藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的有用信息要通過聯(lián)網(wǎng)耗時操作傳輸?shù)椒?wù)器端，然后服務(wù)器根據(jù)搜索到的信息來進(jìn)行相應(yīng)處理。Android通過HTTP訪問網(wǎng)絡(luò)通常有兩種方式：Apache的HttpClient和Java的HttpURLConnection［5］。前者是Android SDK集成了Apache的模塊，后者是Java的JDK中自帶的類。盡管HttpClient更加豐富、高效，但是考慮到實(shí)時定位要多次地訪問服務(wù)器，因此這里選擇性能和穩(wěn)定性更好的HttpURLConnection進(jìn)行訪問傳輸［6］。核心代碼如下：

　　//定義訪問服務(wù)器地址

　　String request_url="";

　　//定義傳輸?shù)膮?shù)，即采集模塊中得到的數(shù)據(jù)

　　String params="";

　　//拼接

　　URL url = new URL(request_url + params);

　　//開啟連接

　　HttpURLConnection connection=(HttpURLConnection) url.openConnection();

　　//連接超時時限設(shè)置(根據(jù)需要設(shè)置)

　　connection.setConnectTimeout(5*1000);

　　//POST方式較GET方式更安全

　　connection.setRequestMethod("POST");

　　//表示訪問網(wǎng)絡(luò)時需要傳入?yún)?shù)

　　connection.setDoInput(true);

　　//利用狀態(tài)碼判斷訪問服務(wù)器是否成功

　　if (connection.getResponseCode() == 200) {

　　//構(gòu)造方法，傳入?yún)?shù)。從服務(wù)器端拿到相應(yīng)json數(shù)據(jù)

　　returninputStream2String(connection.getInputStream());

　　}

4推送模塊

　　服務(wù)器將傳輸來的數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)據(jù)庫和室內(nèi)定位算法進(jìn)行處理，得到位置坐標(biāo)，此處用x和y表示，然后根據(jù)此坐標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的消息推送。PUSH（推送）技術(shù)相對于PULL（拉取）技術(shù)而言，其獲得信息的實(shí)時性和針對性更強(qiáng)，是一種由服務(wù)器主動推送消息的服務(wù)機(jī)制。實(shí)現(xiàn)推送的方式大致分為四類：C2DM(谷歌提供)、MQTT協(xié)議(非開源)、XMPP協(xié)議、第三方推送平臺［7］。考慮到資源的可利用性以及第三方平臺的逐漸成熟、免費(fèi)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，選擇極光推送JPush作為第三方推送服務(wù)器進(jìn)行消息推送。利用JPush實(shí)現(xiàn)服務(wù)器向客戶端推送消息需要部署兩個核心點(diǎn)：Android端和服務(wù)器端。而這種部署方式在JPush官方文檔中已經(jīng)做了大致說明，現(xiàn)將其總結(jié)如下。

　　(1)Android端

　?、賹?dǎo)入官網(wǎng)提供的的推送所需jar包和3個so文件；so文件需在main目錄下新建一個名為jniLibs的文件夾用來存放，這樣jar包才能通過文件名讀取so文件。

　?、谙駻PP的配置文件AndroidManifest.xml中加入推送所需權(quán)限；應(yīng)用程序包名package應(yīng)和官方創(chuàng)建應(yīng)用時的包名一致；配置文件中name="JPUSH_APPKEY"一項(xiàng)的value值應(yīng)該填入官網(wǎng)創(chuàng)建應(yīng)用后生成的AppKey，這樣JPush服務(wù)器才會根據(jù)此key值推送消息到嵌入此key值的客戶端。

　?、墼趹?yīng)用程序根目錄下創(chuàng)建繼承application的類，在其方法中加入JPushInterface.init(this)語句來初始化JPush的SDK。

　　(2)服務(wù)器端

　?、賹?dǎo)入相應(yīng)jar包和3個依賴包。

　　②在服務(wù)器端寫入相應(yīng)相應(yīng)邏輯。關(guān)鍵在于創(chuàng)建JPushClient對象，傳入創(chuàng)建應(yīng)用時產(chǎn)生的參數(shù)AppKey和Master Secret；再創(chuàng)建PushPayload對象，傳入想傳輸?shù)南essage；最后通過jpushClient.sendPush(payload)即可以通過服務(wù)器向JPush服務(wù)器推送消息，此消息再經(jīng)過JPush服務(wù)器推送到客戶端APP。

5本地服務(wù)器搭建測試和云部署

　　相應(yīng)邏輯和室內(nèi)定位算法的實(shí)現(xiàn)幾乎全在服務(wù)器端。服務(wù)器是收發(fā)消息的中轉(zhuǎn)站，訪問數(shù)據(jù)庫并調(diào)用JPush推送消息。項(xiàng)目最初是通過搭建本地服務(wù)器進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試成功之后再將項(xiàng)目代碼部署到云服務(wù)器上。

　　5.1本地服務(wù)器搭建測試

　　搭建：MyEclipse10.7+MySQL5.6+TomCat7.0構(gòu)成本地服務(wù)器核心環(huán)境；連接數(shù)據(jù)庫時注意數(shù)據(jù)庫的用戶名、密碼和訪問端口應(yīng)與安裝MySQL服務(wù)器中一致。

　　測試：服務(wù)器端邏輯采用基本的MVC模式。室內(nèi)定位算法擬采用基于藍(lán)牙4.0的接近度分類室內(nèi)定位算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)［8-9］。這種非參數(shù)化的室內(nèi)定位算法需要事先在定位范圍內(nèi)采集數(shù)據(jù)并放入數(shù)據(jù)庫中，然后設(shè)置好數(shù)據(jù)庫的連接，用TomCat啟動程序即可。定位范圍擬采用6 m×6 m空間，在空間內(nèi)4個角布置4個藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)，客戶端根據(jù)需要設(shè)置固定時間間隔訪問服務(wù)器進(jìn)行定位。為方便觀察定位結(jié)果，將接收的信號強(qiáng)度值、設(shè)備名稱和定位坐標(biāo)分開調(diào)試并輸出到服務(wù)器控制臺顯示。調(diào)試結(jié)果分別如圖3和圖4所示。

其中flag作為登錄和定位的標(biāo)識，而返回的json作為是否訪問成功的標(biāo)識，結(jié)果為1表示訪問成功。調(diào)試結(jié)果表明能夠根據(jù)所搭建環(huán)境和擬采用的算法進(jìn)行實(shí)時定位。

　　5.2云部署

　　應(yīng)用要得到廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用范圍就要不受距離的限制。將本地服務(wù)器代碼部署到云服務(wù)器上，讓所有安裝相應(yīng)APP的用戶能夠通過網(wǎng)絡(luò)就能獲得相應(yīng)服務(wù)是必然的選擇［10］。Sae是新浪提供的云服務(wù)器，其在國內(nèi)云提供商中發(fā)展時間最長，功能相對完善，文檔全面完整，且支持PHP、Python、Java等語言。

　?。?）工程文件上傳：將本地寫好的工程文件利用MyEclipse導(dǎo)出war包，且war包名要和Sae官網(wǎng)創(chuàng)建的應(yīng)用名稱相同，這里用bluetooth表示。注意本地JDK版本的匹配，選1.6最好。

　　(2)數(shù)據(jù)庫連接配置：云服務(wù)器自帶數(shù)據(jù)庫服務(wù)，這和本地MySQL類似，一樣可以利用JDBC進(jìn)行訪問，修改其中的用戶名、密碼和端口號即可。

　　//URL中的AppName需要替換成相應(yīng)的AppName

　　URL="jdbc:mysql://w.rdc.sae.sina.com.cn:3307/app_AppName";

　　USERNAME="SaeUserInfo.getAccesskey()";

　　PASSWORD="SaeUserInfo.getSecretkey()";

　　AppName="SaeUserInfo.getAppName()";

　　其中SaeUserInfo類需要到Sae官網(wǎng)去下載。代碼上傳后，利用Web端網(wǎng)頁進(jìn)行用戶名、密碼登錄測試。當(dāng)成功訪問云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫后應(yīng)該返回json格式的數(shù)據(jù)1，測試結(jié)果如圖5所示。

　　在URL處輸入所要訪問的鏈接來檢驗(yàn)代碼是否上傳成功。通過訪問所傳war包中的登錄模塊，返回json={“result”：1}，結(jié)果與圖3、圖4中的本地服務(wù)器測試返回的json一致，因此代碼上傳成功。

6系統(tǒng)測試與效果分析

　　設(shè)計(jì)app，實(shí)現(xiàn)基本的登錄、注冊功能，并在登錄成功后提供定位推送功能，通過登錄成功界面的定位按鈕進(jìn)行定位。

　　為了更加清楚地觀察收發(fā)過程核心數(shù)據(jù)的變化，設(shè)計(jì)一個界面（圖6所示）作為點(diǎn)擊定位按鈕后來實(shí)時地顯示藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。圖6中接收的數(shù)據(jù)會傳輸?shù)椒?wù)器端，經(jīng)過提前寫好的室內(nèi)定位算法并且訪問數(shù)據(jù)庫從而完成相應(yīng)的推送（圖7所示）。

　　推送的結(jié)果是源于對定位區(qū)域6 m×6 m的四等分。經(jīng)多次定位區(qū)域內(nèi)隨機(jī)測試，客戶端能根據(jù)終端位置變化實(shí)時地接收到推送的消息。

7結(jié)論

　　本文研制了一種基于藍(lán)牙4.0技術(shù)的推送系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)、移動端APP、服務(wù)器Server三大部分組成。并且根據(jù)系統(tǒng)的核心難點(diǎn)對各部分的關(guān)鍵模塊做了分析，其中包括采集模塊、傳輸模塊和推送模塊。最后將寫好的本地服務(wù)器代碼部署到云服務(wù)器，完成了整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。經(jīng)測試，該推送系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和實(shí)時性，能夠依賴于室內(nèi)定位算法提供較準(zhǔn)確的定位，在室內(nèi)定位應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大的市場價(jià)值。

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