《電子技術應用》
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基于BLE Mesh的資產定位系統(tǒng)設計
電子技術應用
張毅,趙培軍,袁玲,王灝鈺,李靜
(重慶郵電大學 通信與信息工程學院,重慶 400065)
摘要: 針對當前資產定位系統(tǒng)定位精度、建設成本和部署靈活性難以有效平衡的問題,基于BLE Mesh采用多維標度分析(MultiDimensional Scaling-Map, MDS-MAP)定位算法設計了一種資產定位系統(tǒng)。系統(tǒng)首先對原始接收信號強度(Received Signal Strength Indicator, RSSI)進行高斯-卡爾曼融合濾波,提高了RSSI值的準確性;然后利用生存時間(Time To Live, TTL)對中繼節(jié)點進行約束,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行修正,減小了測距誤差。實驗結果表明,所設計的系統(tǒng)可有效完成藍牙標簽信息更新以及位置展示,平均定位精度達到了0.94 m。本系統(tǒng)具有成本低、工程實施方便的優(yōu)點,有一定的應用價值和發(fā)展前景。
中圖分類號:TN98
文獻標志碼: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的資產定位系統(tǒng)設計[J]. 電子技術應用,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)單位的固定資產越來越多,賬實不符、資產流失等問題日益嚴重。因此,在如今的資產管理應用中對“看得見”的需求越來越重視,使得資產定位管理成為近年來的熱門研究對象。由于低功耗藍牙具有低成本、安全性強、高速率且易集成等優(yōu)點,已在物聯(lián)網(wǎng)領域中得到了廣泛應用。然而早期的藍牙只支持點到點通信,導致當前基于藍牙的資產定位系統(tǒng)定位精度、部署靈活性以及建設成本難以有效平衡,在一定程度上限制了資產定位應用的發(fā)展。其中,基于基站區(qū)域的定位系統(tǒng)雖然建設成本和施工復雜度都較低,但其定位精度只能達到房間級,無法完成資產定位。而基于多基站的定位系統(tǒng)因為增加了定位基站進行輔助定位,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,定位精度甚至達到了厘米級,但同時也導致了這兩種系統(tǒng)的建設成本和施工復雜度都較高。

隨著BLE Mesh標準的頒布,新一代藍牙可以實現(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,對其他設備的消息進行有效中繼。單個節(jié)點的故障不會影響到整個網(wǎng)絡,相對傳統(tǒng)星型網(wǎng)絡,這種自組織的網(wǎng)絡拓撲結構具有很多優(yōu)勢。它打破了早期藍牙傳輸范圍受限、部署不夠靈活的限制,讓以低功耗藍牙為基礎、Mesh為組網(wǎng)結構的BLE Mesh成為了室內定位的新選擇。

本文在此基礎上提出了一種基于BLE Mesh的資產定位新方案,設計了應用于資產管理的米級自組網(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)對資產的定位,相對于當前只能達到“房間級”的方案定位精度更高。雖然其精度沒有到達角度(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 通信與信息工程學院,重慶 400065)

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