[发明专利]蓝牙终端侧定位中支持失效容忍的低成本Beacon信标布置方法

说明书

一种蓝牙终端侧定位中支持失效容忍的低成本Beacon信标布置方法，首先，给出蓝牙信号的传播模型，推导出蓝牙设备收发双方的距离与接收信号强度之间的关系表达式；其次，给出三维空间三边定位的方法；然后，提出以最小化Beacon信标数量为目标函数，以失效容忍为约束的优化问题；最后，设计了基于遗传算法Beacon信标布置方法对优化问题进行求解。本发明所提出的方法能够在满足给定的失效容忍度的前提下最小化Beacon信标的数量，降低蓝牙终端侧定位系统的部署成本。

技术领域

本发明涉及一种信标布置方法。

背景技术

在大型园区中，例如高校、综合性医院以及大型住宅小区等，基于位置的智能服务可有效提升人们的生活质量。目前，大型园区中基于位置的智能服务主要包括：停车位定位与导航、物品或宠物追踪、人员定位与护理、人流量统计与分析以及智能门禁等。上述服务均以终端设备定位为基础。然而，在大型园区中，由于建筑体较高且建筑群较为密集，卫星定位信号容易因建筑物的遮挡而产生较大的衰减，这会导致卫星定位精确度下降，有时甚至因搜索不到卫星定位信号而无法享受定位服务。此时，大型园区中各项基于位置的智能服务将会受到极大的影响。

鉴于此，在大型园区中部署专用的定位系统显得格外重要。目前，基于iBeacon协议的蓝牙终端侧定位技术被广泛应用于大型园区的定位服务中。该技术利用终端设备获取来自其周围的蓝牙Beacon信标的信号强度，通过信号强度推算出终端设备和各蓝牙Beacon信标之间的大致距离，从而推算出终端设备的位置。

蓝牙终端侧定位技术可应用于如图1所示的智能园区之中。在图1中，园区有多条道路和一个广场。道路和广场上的点为需要定位的目标点，如图1中黑色小正方形所示。通常，所需定位的目标点可看作是用户所携带的终端设备，例如智能手机、智能手环以及智能标签等。道路两旁和广场周围在指定的位置上布置了多个Beacon信标，信标的候选位置为图1中白色正方形的中心。在本发明中，将目标点所在的区域称为“目标区域”，目标区域除了道路和广场之外，还可以是园区中其他活动场地。此外，在本发明中，布置Beacon信标的候选位置也不仅限于道路两旁和广场周围。

蓝牙终端侧定位的主要过程如下：首先，在给定的Beacon信标候选位置上布置一定数量的Beacon信标。所布置的Beacon信标必须能够满足如下条件：目标区域中的任意一个目标点至少能够同时被来自3个Beacon信标的信号所覆盖；然后，Beacon信标以T为周期，周期性地广播数据包，例如，每隔T＝500ms广播一次数据包；接着，位于目标区域中的终端设备周期性地接收来自Beacon信标的数据包，同时，记录所接收到的数据包的源设备ID和接收信号强度RSSI(Received Signal Strength Indication)，如式(1)所示：

其中，B_c表示信号能够覆盖到终端设备的Beacon信标的集合，|B_c|表示信号能够覆盖到终端设备的Beacon信标的总数量，|B_c|≥3；最后，终端设备提取矩阵M中至少3行数据，便可利用“三维空间三边定位方法”计算出终端设备所在的位置。

在上述过程中，有两个因素对定位系统的成本和性能产生重大影响：

(1)Beacon信标的数量：Beacon信标的数量是决定定位系统部署成本的关键因素。如何在实现所需定位服务的前提下尽可能降低Beacon信标的数量，是建设定位系统需要重点解决的问题。

(2)Beacon信标的位置：用户通常要求定位系统具备较好的容错性和可靠性，即使定位系统中存在部分Beacon信标失效，定位系统仍能正常工作。要实现这一目标，除了要考虑Beacon信标的数量之外，还需要详细规划Beacon信标的位置。

发明内容