《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于BLE Mesh的资产定位系统设计
电子技术应用
张毅，赵培军，袁玲，王灏钰，李静
（重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065）
摘要： 针对当前资产定位系统定位精度、建设成本和部署灵活性难以有效平衡的问题，基于BLE Mesh采用多维标度分析（MultiDimensional Scaling-Map， MDS-MAP）定位算法设计了一种资产定位系统。系统首先对原始接收信号强度（Received Signal Strength Indicator， RSSI）进行高斯-卡尔曼融合滤波，提高了RSSI值的准确性；然后利用生存时间（Time To Live， TTL）对中继节点进行约束，提高了数据传输的有效性；最后利用半径弥补法与Bellman-Ford融合迭代方案对生成的距离矩阵进行修正，减小了测距误差。实验结果表明，所设计的系统可有效完成蓝牙标签信息更新以及位置展示，平均定位精度达到了0.94 m。本系统具有成本低、工程实施方便的优点，有一定的应用价值和发展前景。
中圖分類(lèi)號(hào)：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(jì)[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(lái)越多，賬實(shí)不符、資產(chǎn)流失等問(wèn)題日益嚴(yán)重。因此，在如今的資產(chǎn)管理應(yīng)用中對(duì)“看得見(jiàn)”的需求越來(lái)越重視，使得資產(chǎn)定位管理成為近年來(lái)的熱門(mén)研究對(duì)象。由于低功耗藍(lán)牙具有低成本、安全性強(qiáng)、高速率且易集成等優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)到點(diǎn)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(jí)，無(wú)法完成資產(chǎn)定位。而基于多基站的定位系統(tǒng)因?yàn)樵黾恿硕ㄎ换具M(jìn)行輔助定位，其定位精度得到了提升。基于AOA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(jí)，但同時(shí)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B(niǎo)LE Mesh標(biāo)準(zhǔn)的頒布，新一代藍(lán)牙可以實(shí)現(xiàn)多對(duì)多Mesh組網(wǎng)，它允許節(jié)點(diǎn)之間以動(dòng)態(tài)和非分層的方式傳輸數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)之間還可以相互協(xié)作，對(duì)其他設(shè)備的消息進(jìn)行有效中繼。單個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，相對(duì)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(shì)。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(jì)了應(yīng)用于資產(chǎn)管理的米級(jí)自組網(wǎng)定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用鄰居節(jié)點(diǎn)間的RSSI值并采用MDS-MDP定位算法實(shí)現(xiàn)對(duì)資產(chǎn)的定位，相對(duì)于當(dāng)前只能達(dá)到“房間級(jí)”的方案定位精度更高。雖然其精度沒(méi)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(shì)。


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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）

微信圖片_20210517164139.jpg

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