藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

《基于藍(lán)牙傳感網(wǎng)絡(luò)的室定位研究及在行為識(shí)別中的應(yīng)用_江德祥》2.1無線定位技術(shù)概述利用無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)定位巳成為定位研究領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。每種無線技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用局限性，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景，考慮系統(tǒng)成本、定位精度、實(shí)時(shí)性要求、技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度和算法復(fù)雜性等因素。下面主要從應(yīng)用場(chǎng)景上來介紹研究較為集中的凡種無線定位技術(shù)，其中室外定位主要使用GPS和GSM無線技術(shù)，而室主要利用各種無線傳感器，包括紅外、超聲波、藍(lán)牙、Wi-Fi、ZigBee和RFID等。表Zl無線傳感器室內(nèi)定位技術(shù)傳感器定位方法典型系統(tǒng)文獻(xiàn)定也效果成本紅外紅外徽章信號(hào)感知ActiveHjdge|1H]".房間級(jí)”A耕聲波射頻與超聲波信號(hào)到達(dá)時(shí)間差A(yù)ctiveBatCicada120]海9cm平均5cm高Wi-Fi信兮傳播模型、FingerprintingFingerprintings概率，模型RADARHorusnu[22J50%4.3米90%213米低RFID參考點(diǎn)LandMarc123]50%1米中ZigBee博號(hào)傳播模型[24]平均34米中基于紅外的定位系統(tǒng)一般只能實(shí)現(xiàn)“房間級(jí)”的定位精度，而基于超聲波的定位系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)“厘米級(jí)”的高精度定位，但是這兩種定位系統(tǒng)需要特定的硬件設(shè)務(wù)，價(jià)格昂貴。這兩種信號(hào)的穿透能力差，受墻壁和障礙物遮擋影響較大，并且信號(hào)的覆蓋圍過小，不適合室的大圍定位?；赗FID的定位技術(shù)是基于參考點(diǎn)的思想，在定位區(qū)域布置大量的RFID節(jié)點(diǎn)，再進(jìn)行匹配查找，這樣實(shí)現(xiàn)大圍和高精度的室定位就取決于RFID參考點(diǎn)的布置密度。基于ZigBee的定位取決于802.15.4無線技術(shù)的特點(diǎn)，其缺點(diǎn)是短距離和高延時(shí)，對(duì)利用信號(hào)強(qiáng)度RSSI來進(jìn)行位置估計(jì)的應(yīng)用存在一定局限。室定位研究最集中的是基于Wi-F1的定位技術(shù)，由于無線局域網(wǎng)巳在城市各個(gè)角落大面積覆蓋，完全可以利用現(xiàn)有的無線設(shè)備來實(shí)現(xiàn)室定位，降低成本和提高定位精度?；赪i-Fi的無線信號(hào)在室可以達(dá)到100-200米的覆蓋圍，能滿足大圍的室定位需求，其主要原理是利用無線接入點(diǎn)（AccessPoint，AP）的信號(hào)強(qiáng)度RSS值，定位設(shè)備通過與AP之間的信號(hào)測(cè)量關(guān)系來估計(jì)可能的坐標(biāo)位置。2.2.1基于圍檢測(cè)的定位方法藍(lán)牙定位研究中最先引入了圍檢測(cè)的恩想（文中也稱為Cell-ID恩想），原因是藍(lán)牙無線信號(hào)具有有限的短距離圍特性。一類藍(lán)牙設(shè)備的信號(hào)覆蓋圍是100m,2類藍(lán)牙設(shè)備是10m,3類是4m。基于這種圍特性，當(dāng)用戶攜帶設(shè)備進(jìn)入到信號(hào)覆蓋圍之時(shí)，就能感知用戶的位置，達(dá)到對(duì)應(yīng)Range圍的精度。因此在早期的藍(lán)牙定位研究中，大部分工作都是基于Cell-ID的應(yīng)用原理。2003年AnastasiG等人［26］提出使用藍(lán)牙技術(shù)來實(shí)現(xiàn)一種定位框架和服務(wù)。基于Cell-ID的方法實(shí)現(xiàn)了一個(gè)BIPS藍(lán)牙定位系統(tǒng)。BIPS系統(tǒng)是在一個(gè)建筑物布置藍(lán)牙接入點(diǎn)，使用以太網(wǎng)將各個(gè)接入點(diǎn)連接到定位服務(wù)器上，移動(dòng)用戶在他的手持終端上就可以看到到達(dá)同筑物其他移動(dòng)用戶位置肘他必須行進(jìn)的路線。藍(lán)牙接入點(diǎn)的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)并登記進(jìn)入它覆蓋區(qū)域的用戶，其位置信息注冊(cè)在服務(wù)器上。BIPS可以追蹤移動(dòng)用戶在一個(gè)建筑物的走動(dòng)和站立，實(shí)現(xiàn)“房間級(jí)”的定位精度。實(shí)驗(yàn)分析了藍(lán)牙查詢周期的影響，同時(shí)考慮一個(gè)移動(dòng)用戶在藍(lán)牙接入點(diǎn)覆蓋圍的接入時(shí)間，比如查詢周期為3.84s時(shí)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的概率在95%以上，在20米的覆蓋圍以1.3m/s的速度移動(dòng)則接入時(shí)間為15.4s,剩下11.56秒可提供服務(wù)。文獻(xiàn)［27］中同樣利用Cell-ID的恩路，提出將藍(lán)牙與3G網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，組成一個(gè)定位服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。文中指出GPS不適合室定位，其他幾種技術(shù)（2G的Cell-ID,TOA方法）的定位精度過低，為了提高定位精度，可結(jié)合藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)10米的定位精度。RaffaeleBruno等人［28］考慮位置感知的需求以及巳有的一些定位和追蹤系統(tǒng)設(shè)備成本太高的問題，提出一種基于藍(lán)牙的定位和追蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)低成本定位方案。該系統(tǒng)同樣利用Cell-ID的方法，進(jìn)入覆蓋點(diǎn)的藍(lán)牙設(shè)備與藍(lán)牙接入點(diǎn)建立連接，重點(diǎn)分析了藍(lán)牙的發(fā)現(xiàn)和連接建立過程，以及此過程的時(shí)間消耗和延遲。Chawathe.S.S等人［29］描述了一種新的方法來決定移動(dòng)終端的位置，使用基于Cell-ID的方法來確定藍(lán)牙錨節(jié)點(diǎn)（beacon）交集覆蓋區(qū)域的位置。根據(jù)藍(lán)牙Range的特點(diǎn)，在室環(huán)境下'覆蓋的區(qū)域是不規(guī)則的，利用最大分離子超圖的方法來確定錨節(jié)點(diǎn)的布置位置。主要利用藍(lán)牙的短距離接收圍優(yōu)點(diǎn)，以及藍(lán)牙設(shè)備低成本和易布置的優(yōu)勢(shì)。該方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是讓移動(dòng)設(shè)備來決定它自己的位置，而藍(lán)牙錨節(jié)點(diǎn)和其他用戶都是匿名不確定的。根據(jù)以上的研究工作，基于圍檢測(cè)的定位方法只能實(shí)現(xiàn)“房間級(jí)”的定位精度，對(duì)于構(gòu)建大圍的定位追蹤服務(wù)網(wǎng)絡(luò)是一種可取的方案，但是對(duì)于室的高精度定位需求基于圍檢測(cè)的方法只能達(dá)到“房間級(jí)”的定位精度，不能夠滿足要求。藍(lán)牙定位研究中開始探索利用藍(lán)牙信號(hào)強(qiáng)度RSSI來提高定位精度，根據(jù)信號(hào)傳播的空間關(guān)系來確定設(shè)備的坐標(biāo)位置。2.2.2基于信號(hào)強(qiáng)度的定位方法藍(lán)牙技術(shù)中提供了基于連接的RSSI和基于查詢的RSSI兩個(gè)可供定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)的參數(shù)。在早期的藍(lán)牙規(guī)中只提供基于連接的RSSI，這就意味著定位接入點(diǎn)設(shè)備和用戶藍(lán)牙設(shè)備必須在定位階段一直建立連接。應(yīng)用基于連接的RSSI時(shí)遇到了一個(gè)GRPR問題，即在信號(hào)強(qiáng)度的定義中存在一個(gè)黃金分割區(qū)，處于這個(gè)分割區(qū)的RSSI值總為0，表示在合適的信號(hào)接收圍，對(duì)于要將實(shí)肘RSSI值與距離映射成對(duì)應(yīng)關(guān)系的定位方法，GRPR問題是一個(gè)限制點(diǎn)。在以后的藍(lán)牙規(guī)當(dāng)中，提供了基于查詢的RSSI,該方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要建立連接，只需基本的查詢過程就可以獲取目標(biāo)藍(lán)牙設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度值。Kotanen.A等人［30］引入了基于信號(hào)傳播模型的方法，通過讀取連接RSSI值來構(gòu)建信號(hào)強(qiáng)度與距離的映射關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了3.76m的定位精度，實(shí)驗(yàn)中也使用了擴(kuò)展的卡漫濾波來實(shí)現(xiàn)3D位置的估計(jì)。但是基于連接的RSSI值存在GRPR的問題，使得定位參數(shù)并不可靠，小圍取得3.76m的定位精度并不是一個(gè)理想的結(jié)果。文獻(xiàn)［31］中也實(shí)現(xiàn)一種基于藍(lán)牙信號(hào)強(qiáng)度的定位系統(tǒng)，利用藍(lán)牙發(fā)送者和接收者之間距離與RSSI值的相關(guān)性，采用三角定位來估計(jì)位置，在PDA上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)提出了三角定位的公式(LSE)，在地圖上采集標(biāo)定數(shù)據(jù)，最后用三角定位方法求出位置，定位誤差為2.06m。系統(tǒng)同樣遇到了GRPR的問題，采用了多項(xiàng)式近似轉(zhuǎn)換的方法。BandaraU等人［32］提出藍(lán)牙定位系統(tǒng)中使用RSSI的三個(gè)問題：一是室環(huán)境下信號(hào)強(qiáng)度受到多徑衰退，干撓等影響；二是信號(hào)強(qiáng)度定義中的GRPR問題；三是藍(lán)牙的連接建立時(shí)間過長。提出了一種多天線的接入AP的方法，每個(gè)天線都連到AP上，定位服務(wù)器分別記錄各個(gè)天線上的RSSI值。使用一種可變衰減器來解決建立RSSI映射的問題，使用采集標(biāo)定數(shù)據(jù)的方法來解決干撓和多徑衰退的問題，實(shí)驗(yàn)獲得了92%2m的定位精度。該方法采用的仍然是基于連接的RSSI，不過提供了新的藍(lán)牙定位恩路。ShengZhou等人［33］提出用一個(gè)簡單的cell和信號(hào)傳輸模型來測(cè)量具體的RSSI值與距離的關(guān)系，系統(tǒng)表明距離誤差為1.2m。該文獻(xiàn)中同樣遇到了GRPR的問題，只是單純的利用信號(hào)傳播模型來測(cè)量距離與RSSI的關(guān)系。文獻(xiàn)［34］中提出了利用貝葉斯濾波進(jìn)行藍(lán)牙定位和用戶軌跡估計(jì)的方法，該方法同樣基于信號(hào)強(qiáng)度RSSI與距離的相關(guān)性，利用一個(gè)簡單的信號(hào)傳播模型來計(jì)算距離，再用貝葉斯濾波來估計(jì)靜態(tài)用戶和移動(dòng)用戶的位置。文獻(xiàn)［35,36］中采用了基于指紋標(biāo)定Fingerprinting的定位方法。其中［35］中結(jié)合了藍(lán)牙和Wi-Fi兩種無線信號(hào)，分別在實(shí)驗(yàn)地圖上采集標(biāo)定數(shù)據(jù)，不僅直接利用信號(hào)強(qiáng)度RSSI來進(jìn)行定位，同時(shí)文中提出了利用信號(hào)差值來解決設(shè)備無關(guān)性的問題，消除硬件設(shè)備RSSI標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明結(jié)合藍(lán)牙和Wi-Fi這兩種無線信號(hào)能取得更高的定位精度。文獻(xiàn)［36］同樣利用Fingerprinting定位方法，在辦公室環(huán)境下采集了藍(lán)牙RSSI標(biāo)定數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠取得平均2.5米的定位精度。系統(tǒng)同時(shí)比較了不同藍(lán)牙錨節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、采集訓(xùn)練樣本和定位樣本個(gè)數(shù)對(duì)定位精度的影響。從以上基于信號(hào)強(qiáng)度的藍(lán)牙定位研究工作來看，基于信號(hào)傳播模型的方法應(yīng)用廣泛。一般認(rèn)為，距離和信號(hào)強(qiáng)度RSSI之間存在一種基于LOG形式的線性關(guān)系。根據(jù)信號(hào)的衰減特性，結(jié)合其他因素的影響提出了多種信號(hào)傳播模型，如弗里斯公式模型，加入隔墻因子WAF，加入地面反射因子FAF，以及根據(jù)實(shí)際采集數(shù)據(jù)集訓(xùn)練出傳播模型等。這些信號(hào)傳播模型的方法在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中仍然不可取，很難找到一個(gè)準(zhǔn)確的模型來計(jì)算RSSI與距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2.2.3其他定位方法其他基于藍(lán)牙技術(shù)的定位方法主要是利用鏈路質(zhì)量LQ、藍(lán)牙的功率伸縮、信號(hào)到達(dá)時(shí)間差以及查詢反饋速率等方法。文獻(xiàn)［37,38］都采用了基于鏈路質(zhì)量LQ的定位方法，其中［37］主要利用標(biāo)定方法采集LQ值和802.11無線信號(hào)的RSS值，結(jié)合這兩種無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)定位。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在定位評(píng)估中利用多個(gè)無線信號(hào)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是某種無線信號(hào)不能用時(shí)利用其他的無線信號(hào)也能實(shí)現(xiàn)定位，提高定位系統(tǒng)魯棒性，實(shí)驗(yàn)證明用藍(lán)牙信號(hào)結(jié)合802.11信號(hào)有時(shí)并不能提高定位精度。文獻(xiàn)［38］提出了基于鏈路質(zhì)量LQ的三步定位方法，使用低成本的藍(lán)牙設(shè)備來實(shí)現(xiàn)高精度的定位過程，其中三步定位過程分別為LQ采樣、藍(lán)牙基站調(diào)度和實(shí)肘定位。該方法假定每個(gè)作為CELL的藍(lán)牙LQ是特定的，最后用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來估計(jì)位置。FornoF等人［39］提出構(gòu)建一個(gè)低成本定位系統(tǒng)架構(gòu)，提出用不同功率級(jí)來查詢周圍的藍(lán)牙設(shè)備，利用一個(gè)簡單的、可伸縮的方法進(jìn)行過濾測(cè)量和計(jì)算移動(dòng)位置，同時(shí)采用了基于類此的理想功率伸縮狀態(tài)，最后建立了藍(lán)牙Adhoc傳感器網(wǎng)絡(luò)。實(shí)驗(yàn)取得了1.88m的定位精度。LeThanhSon等人［40］針對(duì)當(dāng)前的藍(lán)牙定位系統(tǒng)在定位延遲、精度和可行性上的問題，提出一種新的定位方案，通過修改現(xiàn)有的藍(lán)牙規(guī)，利用藍(lán)牙在無線信道上傳播的信號(hào)時(shí)間偏移來估算位置，仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻_(dá)到1.5m的定位精度。修改藍(lán)牙規(guī)不是一種實(shí)際可行的方法，而且僅靠模擬的實(shí)驗(yàn)結(jié)果無法提供足夠的說服力。Barahim,M.Z等人［41］提出一種低成本，易布置，可升級(jí)定位框架。系統(tǒng)由藍(lán)牙傳感器網(wǎng)絡(luò)和中心控制系統(tǒng)構(gòu)成，移動(dòng)用戶能夠接收與位置相關(guān)的信息，如房間標(biāo)志等。系統(tǒng)能利用OBEX對(duì)象交換協(xié)議來推送定位信息，利用三角定位原理可以實(shí)現(xiàn)高精度定位。文獻(xiàn)[42]中分析了同一個(gè)頻段的Wi-Fi和藍(lán)牙兩種技術(shù)在同時(shí)工作時(shí)的干撓情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在同一無線信道上連接的AP越多，Wi-Fi之間的干撓越大，藍(lán)牙與Wi-Fi之間的干撓也非常明顯，而藍(lán)牙設(shè)備之間的干撓非常小、。這樣用藍(lán)牙設(shè)備來構(gòu)建定位網(wǎng)絡(luò)能滿足要求。根據(jù)藍(lán)牙設(shè)備的穩(wěn)定性，提出了布置藍(lán)牙tag參考點(diǎn)的定位方法，再通過比較地圖上參考點(diǎn)的方法來確定目標(biāo)用戶的位置，在有RSSI信息的情況下，能夠更精確地估計(jì)坐標(biāo)位置。但是布置大量藍(lán)牙參考點(diǎn)增加了定位系統(tǒng)的成本。文獻(xiàn)[43]中提出一種CMF定位架構(gòu)，利用藍(lán)牙錨節(jié)點(diǎn)的查詢反饋速率IRR作為定位參數(shù)，采用基于Fingerprinting的方法采集IRR數(shù)據(jù)，對(duì)定位區(qū)域的靜態(tài)用戶進(jìn)行定位。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在藍(lán)牙傳感器較好覆蓋的情況下，只用在靜態(tài)位置停留3分鐘就能取得98%“房間級(jí)”的定位精度。綜上所述，藍(lán)牙定位的研究一直探索利用更好的方法來解決室定位的問題，可以將這些方法歸納為基于Cell-ID的方法、基于信號(hào)時(shí)間偏移的方法、基于信號(hào)傳播模型的方法、基于Fingerprinting的方法、基于參考點(diǎn)的方法和其他方法等。盡管藍(lán)牙定位開展了大量的研究工作，但是暴露出的首要問題是室定位精度不高，其次是查詢周期過長、提供訓(xùn)練樣本的采樣率過低，這些因素導(dǎo)致利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)定位過程中沒有取得理想的定位效果。本文的首要目的就是要提高藍(lán)牙定位的精度，提高藍(lán)牙技術(shù)在室定位中的實(shí)際應(yīng)用意義。可以改進(jìn)的不足雖然室定位技術(shù)和行為識(shí)別技術(shù)巳經(jīng)開展了大量的研究工作，仍然存在許多關(guān)鍵的問題沒有解決，如利用信號(hào)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)室定位一直面臨信號(hào)強(qiáng)度RSSI受環(huán)境因素影響動(dòng)態(tài)變化的問題[44]；信號(hào)強(qiáng)度依然不是一個(gè)可信的定位參數(shù)，基于信號(hào)強(qiáng)度的藍(lán)牙定位研究工作未能取得理想的定位精度?！痘诘凸乃{(lán)牙的室定位技術(shù)研究_石志京》藍(lán)牙簡介藍(lán)牙是一種支持設(shè)備間進(jìn)行短距離無線通信的技術(shù)，傳統(tǒng)藍(lán)牙通信距離為10米左右，而BLE4.0版本的藍(lán)牙通信距離能達(dá)到100米。藍(lán)牙技術(shù)能將各種使用藍(lán)牙技術(shù)的電子設(shè)備（包括藍(lán)牙音箱、藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙筆記本等）連接起來進(jìn)行無線通信，無需再部署大量的線纜，從而能簡化設(shè)備間的連接。藍(lán)牙采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，工作在全球通用的2.4GHzISM[10]頻段。藍(lán)牙4.0[11]技術(shù)集傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)、高速技術(shù)和低功耗技術(shù)于一體，優(yōu)勢(shì)顯著。在速度上，藍(lán)牙4.0支持1Mbps數(shù)據(jù)傳輸速度下的超短數(shù)據(jù)包傳輸，如此在傳輸小數(shù)據(jù)量時(shí)可以縮短傳輸時(shí)間；在連接延遲上，藍(lán)牙4.0可以在最短3毫秒完成設(shè)備連接并開始數(shù)據(jù)傳輸，延遲極短；在通信圍上，藍(lán)牙4.0景火通信距離可以達(dá)到100米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過同類產(chǎn)品傳輸距離；在功耗上，藍(lán)牙4.0支持設(shè)備不工作時(shí)進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而降低設(shè)備功耗，延長設(shè)備使用時(shí)間；在使用安全性上，藍(lán)牙4.0使用AES-128加密算法對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行加密和認(rèn)證，足夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。室定位技術(shù)發(fā)展隨著當(dāng)今科技的迅猛發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，大力的推動(dòng)了當(dāng)今室定位技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)前，主流的室定位技術(shù)主要包括：紅外定位技術(shù)、RFID定位技術(shù)、藍(lán)牙定位技術(shù)、超聲波定位技術(shù)、ZigBee定位技術(shù)等。其中定位的原理包括：基于測(cè)距的定位算法和與距離無關(guān)的定位算法。其中與距離無關(guān)的定位算法包括質(zhì)心算法、近似三角形點(diǎn)測(cè)試法和DV_Hop算法等，基于測(cè)距的算法包括TOA算法、TDOA算法、AOA算法、RSSI算法等。無線定位技術(shù)起源于上世紀(jì)八九十年代，當(dāng)時(shí)，英國劍橋大學(xué)研發(fā)的ActiveBadge[6]系統(tǒng)屬于研制室無線技術(shù)的領(lǐng)跑者，這項(xiàng)技術(shù)使用了非測(cè)距的紅外線定位技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是功耗低、體積小、攜帶方便，但缺點(diǎn)是定位算法復(fù)雜、延時(shí)高，大概十幾秒才能完成一次定位過程，這樣對(duì)于室靜止的物體來說可以接受，但對(duì)于移動(dòng)的物體來說，其實(shí)時(shí)性太低，效率不高。而且在室部署的各傳感器都是通過有線方式連接起來的，布線復(fù)雜且增加設(shè)備成本，因此沒有得到大規(guī)模使用。2000年，微軟公司提出了基于射頻技術(shù)Radar[7]的室定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)室定位需要在離線階段采集大量的RSSI值數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)庫里，然后在在線階段根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集到的RSSI值以及一定的定位算法最終確定目標(biāo)的位置，該系統(tǒng)定位精度能達(dá)到6米以，算法實(shí)時(shí)性也較高，但缺點(diǎn)是在寓線數(shù)據(jù)采集階段需要測(cè)量大量數(shù)據(jù)，這增加了定位所需的工作量，而且換了工作環(huán)境，就又需要重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，工作量比較大，因此，該技術(shù)有待改進(jìn)。在國，室定位技術(shù)的研制也是緊跟世界潮流，目前越來越多的高等院校和研究機(jī)構(gòu)投入到該領(lǐng)域中。比如在2002年，清華大學(xué)研究組研制了基于RFID的非測(cè)距室定位系統(tǒng)LANDMARC[8]，該系統(tǒng)定位精度達(dá)到了米級(jí)。在2011年，郵電大,學(xué)研究組研制成功了基于TC-OFDM的室定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水平優(yōu)于3米垂直優(yōu)于1米的高精度室定位。《基于藍(lán)牙4_0低功耗室定位研究_卞合善》2.1國外室定位技術(shù)介紹目前主流室定位技術(shù)可以根據(jù)使用何種信息可以簡單分為兩大類:基于指紋匹配的定位算法和基于測(cè)距的定位算法?；谥讣y匹配的定位算法又包括確定性類型定位算法和基于概率性的定位算法，主要方式就是首先針對(duì)定位環(huán)境進(jìn)行格子化采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后建立此環(huán)境下的指紋埠，實(shí)時(shí)定位階段，便可以采用確定型或者概率型算法進(jìn)行樣本匹配便可以得到坐標(biāo)。而基于測(cè)距的定位算法,主要是根據(jù)近場(chǎng)射頻所發(fā)射的RSSI建立距離轉(zhuǎn)化模型。在實(shí)肘定位的過程中，可以根據(jù)實(shí)肘RSSI得到實(shí)時(shí)距離，然后根據(jù)實(shí)時(shí)距離采用相應(yīng)的定位算法獲得實(shí)時(shí)坐標(biāo)。2.1.1基于WIFI指紋匹配技術(shù)基于指紋的定位算法主要分為確定型算法和概率型算法兩類。不論是哪種類型的定位算法,基本都可以分為離線采樣階段和在線定位階段。在離線采樣階段，系統(tǒng)通過對(duì)特定樣本數(shù)據(jù)的采集、分析、處理，訓(xùn)練所需的模型,確定相關(guān)的參數(shù)和配置,為后續(xù)階段提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在在線定位階段，系統(tǒng)通過對(duì)特定信號(hào)特征進(jìn)行觀測(cè)，并采用特定的方法,使用離線采樣階段生成的模型進(jìn)行匹配計(jì)算,從而提供位置估計(jì)。隨著定位技術(shù)研究的不斷深入，可以利用的信息也不斷增多。目前，可以被用來進(jìn)行定位的場(chǎng)景中的信號(hào)特征主要有無線信號(hào)(RSSI)、基站FM(FrequencyModulation),磁場(chǎng)信號(hào)等。同時(shí)，模型的定義也隨著定位理論的不同而多種多樣。常見的方法包括:基于傳播模型、基于貝葉斯概率模型、基于粒子濾波框架、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等等。其中,對(duì)于不同的信號(hào)特征，研宄其分布特征，并以其分布特性為基礎(chǔ)，構(gòu)建相關(guān)的模型也是常見的研宄方法。如無線定位方法中,對(duì)于無線信號(hào)強(qiáng)度分布的擬合問題即可使用高斯分布、混合高斯分布來完成，而其他的諸如KNN技術(shù)、核方法、指紋排序方法，都極大的豐富了定位理論，提供了諸多的可能性。2.1.2基于地磷采樣定位技術(shù)地磁場(chǎng)是具有波粒的福射特性的特殊物質(zhì),磁場(chǎng)是磁體間相互作用的媒介。在室外環(huán)境中,地磁場(chǎng)的信號(hào)特征基本保持恒定，但是在室環(huán)境中，由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、機(jī)房等設(shè)備對(duì)磁場(chǎng)造成局部紊亂現(xiàn)象，因此理論上講室場(chǎng)景不同的區(qū)域的地磁特征觀測(cè)結(jié)果應(yīng)當(dāng)具有良好的可區(qū)分性。近年關(guān)于使用磁場(chǎng)進(jìn)行室定位的研究成果逐漸增多，在使用WiFi進(jìn)行無線定位遇到瓶頸的今天,使用地磁定位己經(jīng)成為了一個(gè)灸手可熱的關(guān)注點(diǎn)。而對(duì)于室磁場(chǎng)特征的時(shí)間遷移性、設(shè)備遷移性研究，是決定磁場(chǎng)是否可被用來輔助定位的重要標(biāo)準(zhǔn)。2.1.3基于信號(hào)傳播模型的ZigBee室定位2.1.3基于信號(hào)傳播模型的ZigBee室定位ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它介于射頻識(shí)別和藍(lán)牙之間，也可以用于室定位。它有自己的無線電標(biāo)準(zhǔn)，一般使用基于測(cè)距方式實(shí)現(xiàn)定位。需要有特定的ZigBee信標(biāo)，以及ZigBee接收器，然后根據(jù)ZigBee接收器上的RSSI轉(zhuǎn)化為距離，進(jìn)而在選擇相應(yīng)的定位計(jì)算方案實(shí)現(xiàn)定位。對(duì)于ZigBee來說，其傳感器只需要彳艮少的能量即可維持正常的廣播功能,他的所以其功耗很低，但是由于其傳播距離特別低，所以導(dǎo)致現(xiàn)在一般采用傳感器接力的方式來解決這種方式。但是近幾年對(duì)于ZigBee室定位技術(shù)研究的不是很多，其中最重要的原因就是消費(fèi)領(lǐng)域中,沒有支持ZigBee協(xié)議的配套智能終端。所以ZigBee一般用來標(biāo)簽定位。ZigBee最顯著的技術(shù)特點(diǎn)是它的低功耗和低成本。同樣，其相對(duì)短板主要是相配套設(shè)備少,發(fā)射功率低，距離近。2.1.4基于信號(hào)傳播模型的藍(lán)牙4.0室定位藍(lán)牙定位技術(shù)分為基于指紋匹配以及基于信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量兩種方式，而在這里選用藍(lán)牙4.0是因?yàn)樗{(lán)牙4.0協(xié)議具有彌補(bǔ)之前藍(lán)牙功耗高、距離短等缺點(diǎn)。在這里基于信號(hào)傳播模型的藍(lán)牙4.0室定位是通過在室安裝藍(lán)牙發(fā)射器信標(biāo)這樣有發(fā)射器組成的定位鋪點(diǎn)，用戶使用手機(jī)就可以獲得從三個(gè)點(diǎn)以上的距離以及三個(gè)點(diǎn)自身坐標(biāo),通過方程迭代就可以獲得待測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)。藍(lán)牙定位技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)就是易部署、體積小、終端設(shè)備支持多以及另外一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)低功耗，這將給室定位解決方案的推廣帶來極大便利。只要手機(jī)一直開啟藍(lán)牙,便可以獲得用戶的最新位置。采用另外的一個(gè)缺點(diǎn)為藍(lán)牙信號(hào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性差，受噪聲信號(hào)干擾大。2.2國外室定位解決方案研究介紹2.2.1基于Win指紋匹配室定位解決方案上丈提到的微軟研究院推出的RADAR系統(tǒng)是最經(jīng)典的Win定位系統(tǒng)案例。它充分利用室無線設(shè)備信號(hào),通過指紋采集、定位時(shí)觀測(cè)、KNN方法等一系列步驟最終完成目標(biāo)的定位。Horus也是一款經(jīng)典的基于Win的定位系統(tǒng)。正如上丈所述,Homs使用樸素貝葉斯概率模型，對(duì)無線信號(hào)的統(tǒng)計(jì)分布特性進(jìn)行建模和參數(shù)化表述，并在定位階段進(jìn)行概率計(jì)算和位置估計(jì)。本文的研究基礎(chǔ)WiMap系統(tǒng)［6］【7】也是一款經(jīng)典的WiF1定位系統(tǒng)。WiMap與Homs為同一類型的定位系統(tǒng)，都是基于貝葉斯概率模型的。不同的是,在信號(hào)強(qiáng)度分布的問題上,WiMap使用混合高斯模型去擬合，是一項(xiàng)重要的改進(jìn)。同時(shí),WiMap還在AP分區(qū)域、設(shè)