《電子技術應用》
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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點,已在物聯網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展。其中,基于基站區域的定位系統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。基于AOA的定位系統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多對多Mesh組網,它允許節點之間以動態和非分層的方式傳輸數據,節點之間還可以相互協作,對其他設備的消息進行有效中繼。單個節點的故障不會影響到整個網絡,相對傳統星型網絡,這種自組織的網絡拓撲結構具有很多優勢。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定位系統。該系統利用鄰居節點間的RSSI值并采用MDS-MDP定位算法實現對資產的定位,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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