高低精度融合定位的蓝牙信标数据发送和标签扫描方法与流程

1.本发明涉及无线通信领域，尤其涉及高低精度融合定位的蓝牙信标数据发送和标签扫描方法。


背景技术：

2.目前，室内定位在商场、化工、医养等行业开始得到快速应用，基于蓝牙信号强度rssi(received signal strength indication)算法的室内定位技术可满足普通精度(1-3米)，而基于蓝牙到达角aoa(angle of arrical)技术可满足高精度(小于1米)需求。在这些定位应用中，需要设置蓝牙信标并对外广播蓝牙信号，同时由定位标签来扫描蓝牙信号并回传到云端后台完成定位解算。在实际应用中，在一个场所的不同区域，可能定位的精度要求不同，因此如何用一套硬件系统，同时支持不同区域的高低精度需求，且数据可以同时回传后台，是一项挑战。此外，保证定位标签扫描到足够多的蓝牙信标的信号而不丢包，是关系到是否能准确进行定位的关键。
3.为实现同时支持分区域的高低精度需求，在扫描蓝牙信标信号时不发生漏扫和丢包，本发明提出一种高低精度融合定位的蓝牙信标数据发送和标签扫描方法。


技术实现要素：

4.本发明为支持分区域的高低精度需求，解决扫描蓝牙信标信号时发生漏扫和丢包的问题，提出高低精度融合定位的蓝牙信标数据发送和标签扫描方法。
5.本技术方案，提供符合蓝牙4.2或5.0协议的低功耗蓝牙信标设备，支持发送符合ibeacon协议的广播包数据，广播包报文中有效字段数据组合为(uuid、major、minor)，其中uuid为16字节,major和minor均为2字节，(uuid、major、minor)的组合唯一标识了低功耗蓝牙信标设备的编号；同时提供一种蓝牙定位标签，该蓝牙定位标签用于被定位的人或物，所述蓝牙定位标签在扫描蓝牙信标设备的广播数据后，执行两次蓝牙广播轮播操作，在第一次蓝牙广播中将扫描到的蓝牙信标设备有效数据组合通过蓝牙广播出去，在第二次的蓝牙广播中插入高精度蓝牙aoa定位数据包，两次广播的数据由支持高精度aoa定位和普通蓝牙扫描的蓝牙网关接收并回传给定位服务器。
6.基于上述蓝牙信标设备和蓝牙定位标签，本发明提出一种高低精度融合定位的蓝牙信标数据发送和标签扫描方法，包括：
7.设置蓝牙信标设备周期性执行广播事件，当一次广播事件发生时，蓝牙信标设备在三个广播信道上发送长度相同的报文数据，三个广播信道为蓝牙广播的37、38、39信道，分别对应频率2402mhz、2426mhz、2480mhz，三个信道上的广播包报文中uuid的前15字节相同，最后一个字节不同；广播包的类型为adv_nonconn_ind(不可连接的非定向广播)；在3个信道上发送完成的时长记为t，t通常为几百微秒；一次广播事件的发送间隔记为t；为了防止数据撞包，设置一个随机数
△
t，
△
t为一个(1～10)ms的随机数，蓝牙信标设备发送t时长后，休眠(t-t+
△
t)后，再次启动一次广播事件，如此反复；
8.设置蓝牙定位标签周期性执行扫描事件，当一次扫描事件发生时，蓝牙定位标签交替地在蓝牙的37、38、39这三个信道上监听广播数据，获取并保存n(n》＝1)组不同的蓝牙信标设备广播报文中的有效字段数据组合，记为(uuid1、major1、minor1、rssi1)、(uuid2、major2、minor2、rssi2)、
…
、(uuidn、majorn、minorn、rssinn)，其中rssi为蓝牙信号强度(received signal strength indication)，单位为dbm；一次扫描事件中，蓝牙定位标签持续扫描监听的时长记为td，为保证能成功扫描到至少一次广播包，td通常设置大于蓝牙信标设备广播事件的发送间隔t，即td＝m*t(m》1)；
9.在一次扫描事件中，当蓝牙定位标签周边的蓝牙信标设备较多时，蓝牙定位标签可能会扫描到多个蓝牙信标设备的数据，也可能多次扫描到同一个蓝牙信标设备的数据；蓝牙定位标签设置一个数据缓存区，缓存区长度为n，存放蓝牙定位标签在一次td时长中扫描到的蓝牙信标设备的有效字段数据组合，具体方法为：在一次扫描事件开始前，清空数据缓存区；扫描开始后，根据td时间内扫描到的所有蓝牙信标设备rssi值的大小进行排序，选取最大的n组存入数据缓存区，如果重复扫描到同一个蓝牙信标设备，将rssi值替换为新扫描到的值，这样在一次扫描事件中数据缓存区中保存的始终为rssi值最大的n组蓝牙信标设备有效字段数据组合；
10.在一次扫描事件完成后，蓝牙定位标签立刻切换为蓝牙广播模式，启动两次蓝牙广播轮播；在第一次普通广播事件，将数据缓存区的n组蓝牙信标设备有效字段数据组合剔除uuid信息,即(major1、minor1、rssi1)、(major2、minor2、rssi2)、
…
、(majorn、minorn、rssin)，通过蓝牙普通发现模式(le general discoverable mode)广播出去，广播包的类型为adv_nonconn_ind(不可连接的非定向广播)；供外部蓝牙网关扫描获得数据；蓝牙定位标签的一次普通广播事件时长记为tx1，tx1通常为几百微秒；
11.蓝牙定位标签在完成一次普通广播事件后，立刻启动一次高精度数据广播事件，在广播包中插入一个高精度蓝牙aoa定位数据包，广播信道采用37信道，高精度蓝牙aoa定位数据包广播包类型采用adv_nonconn_ind(不可连接的非定向广播)，其中pdu中包含的用于定位的数据为一个18字节的固定数组；蓝牙定位标签的一次高精度数据广播事件时长记为tx2，tx2通常为几百微秒；
12.设置蓝牙定位标签发送数据的间隔为ti，ti根据业务场景的需要可设置为不同的整数值，单位为秒，并且ti大于td；蓝牙定位标签在完成一次扫描事件、一次普通广播事件、一次高精度数据广播事件后，进入休眠模式，休眠时长为(ti-td-tx1-tx2)，之后重新启动扫描事件，如此重复。
13.进一步的，蓝牙信标设备的一次广播事件的发送间隔t，其中t＝400ms；蓝牙定位标签发送数据的间隔为ti，其中ti＝1s；
14.进一步的，蓝牙定位标签持续扫描监听的时长td设置为蓝牙信标设备广播事件发送间隔t的m倍，其中m＝1.5；
15.可选的，为了支持对蓝牙信标设备进行参数配置，蓝牙信标设备配置有设置按键；当设置按键触发时，蓝牙信标设备周期性执行的广播事件，广播包的类型切换为adv_ind(可连接通用连接广播)；
16.可选的，为了支持对蓝牙定位标签进行参数配置，蓝牙定位标签的第一次普通广播事件，广播包的类型为adv_ind(可连接通用连接广播)；
17.进一步的，为了支持多场景，所述蓝牙信标设备在一次广播事件发生时，在37、38、39三个广播信道上发送的广播包报文中uuid的前15字节相同，最后一个字节不同，其中前15字节均为16进制的“ab81 90d5 d11e 4941acc4 42f3 05ff 20”，最后1个字节37、38、39信道分别为16进制的“20”、“21”、“22”；
18.可选的，蓝牙定位标签周期性执行扫描事件的时候，还可以根据预先设定的uuid值规则进行过滤，只保存符合预设uuid规则的蓝牙信标设备的数据，其中uuid规则为：uuid的前15字节相同，只有最后一个字节可以不同，即获取到的有效字段数据组合(uuid1、major1、minor1、rssi1)、(uuid2、major2、minor2、rssi2)、
…
、(uuidn、majorn、minorn、rssin)中，所有uuid值的前15字节相同，且均为16进制的“ab81 90d5 d11e 4941acc4 42f3 05ff 20”；
19.可选的，为了提高传输效率，留出更多的广播字段，蓝牙定位标签在第一次普通广播事件，将数据缓存区的n组蓝牙信标设备有效字段数据组合剔除uuid和major信息,即将(minor1、rssi1)、(minor2、rssi2)、
…
、(minorn、rssin)，通过蓝牙普通发现模式(le general discoverable mode)广播出去，供外部蓝牙网关扫描获得数据；
20.进一步的，蓝牙定位标签执行一次扫描事件，获取到n组不同的蓝牙信标设备广播报文中的有效字段数据组合，其中n＝4；在蓝牙定位标签的蓝牙广播数据格式中，蓝牙广播pdu格式第8～27字节定义为4组蓝牙信标设备有效字段数据组合。
21.可选的，蓝牙定位标签在一次高精度数据广播事件中，广播信道采用38或39信道，高精度蓝牙aoa定位数据包广播报文类型采用adv_scan_ind(可扫描非定向指示广播)，其中pdu中包含的用于定位的数据为一个18字节的固定数组。
22.可选的，蓝牙定位标签还设置有动静检测功能，当检测到连续静止超过时长t_idle,所述蓝牙定位标签进入低功耗模式，不执行扫描事件，广播包发送空包数据；当检测到运动，蓝牙定位标签立刻进入正常工作，启动扫描事件。
23.进一步的，在一次扫描事件完成后，蓝牙定位标签立刻切换为蓝牙广播模式，启动一次普通广播事件和一次高精度数据广播事件，其中蓝牙广播符合蓝牙5.0协议标准。
24.本发明创新性的采用扫描蓝牙后广播蓝牙的方式，通过改进蓝牙信标设备发送数据的方式和参数，以及优化设置蓝牙定位标签的扫描时长，来尽可能保证扫描到足够数量的有效蓝牙信标数据，并且通过一次广播事件和一次高精度数据广播事件，进行普通定位数据和高精度定位数据的发送，可极大提高室内定位的精度。
附图说明
25.图1为本发明一具体实施方式的蓝牙信标设备、蓝牙定位标签和蓝牙网关的结构：
26.图2为本发明一具体实施方式的蓝牙信标设备数据发送和蓝牙定位标签扫描及两次蓝牙广播轮播的方法时序示意图；
27.图3为本发明一具体实施方式的蓝牙定位标签数据缓存区示意图；
28.图4为本发明一具体实施方式的蓝牙定位标签的普通广播事件中pdu格式中4组蓝牙信标设备的有效字段数据的字节位置设置。
29.图5为本发明另一具体实施方式中，蓝牙定位标签的普通广播事件中，进一步剔除major信息后pdu格式中4组蓝牙信标设备的有效字段数据的字节位置设置。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明提供的一种高低精度融合定位的蓝牙信标数据发送和标签扫描方法实施方式做详细说明，具体的：
31.参考图1，提供符合蓝牙4.2或5.0协议的低功耗蓝牙信标设备1，支持发送符合ibeacon协议的广播包数据，广播包报文中有效字段数据组合为(uuid、major、minor、txpower)，其中uuid为16字节,major和minor均为2字节，txpower为校准发送功率的补码，(uuid、major、minor)的组合唯一标识了所述蓝牙信标设备1的编号；同时提供一种蓝牙定位标签2，所述蓝牙定位标签2用于被定位的人或物。
32.基于上述蓝牙信标设备1和蓝牙定位标签2，一种高低精度融合定位的蓝牙信标数据发送和标签扫描方法，参考图2所示，包括：
33.设置蓝牙信标设备1周期性执行广播事件，当一次广播事件发生时，蓝牙信标设备1在三个广播信道上发送长度和内容相同的报文数据，三个广播信道为蓝牙广播的37、38、39信道，分别对应频率2402mhz、2426mhz、2480mhz，三个信道上的广播包报文中uuid的前15字节相同，最后一个字节不同；广播包的类型为adv_nonconn_ind(不可连接的非定向广播)；在3个信道上发送完成的时长记为t，t通常为几百微秒；一次广播事件的发送间隔记为tx；为了防止数据撞包，设置一个随机数
△
t，
△
t为一个(1～10)ms的随机数，蓝牙信标设备1发送t时长后，休眠(t-t+
△
t1)后，再次启动第二次广播事件，经过(t+
△
t2)后再次启动第三次广播事件，如此反复；
34.设置蓝牙定位标签2周期性执行扫描事件，当一次扫描事件发生时，蓝牙定位标签2交替地在蓝牙的37、38、39这三个信道上监听广播数据，获取到n(n》＝1)组不同的蓝牙信标设备1广播报文中的有效字段数据组合，记为(uuid1、major1、minor1、rssi1)、(uuid2、major2、minor2、rssi2)、
…
、(uuidn、majorn、minorn、rssin)；一次扫描事件中，蓝牙定位标签2持续扫描监听的时长记为td，为保证能成功扫描到至少一次广播包，td设置大于蓝牙信标设备1广播事件的发送间隔t，即td＝m*t(m》1)；
35.在一次扫描事件中，当蓝牙定位标签2周边的蓝牙信标设备1较多时，蓝牙定位标签2会扫描到多个所述蓝牙信标设备1的数据，又因为td＝m*t，当m》2时，所述蓝牙定位标签2也可能多次扫描到同一个蓝牙信标设备1的数据；
36.请参考图3，蓝牙定位标签2设置一个数据缓存区，所述数据缓存区长度为n，存放所述蓝牙定位标签2在一次td时长中扫描到的蓝牙信标设备1的有效字段数据组合，具体方法为：在一次所述扫描事件开始前，清空所述数据缓存区；扫描事件开始，根据td时间内扫描到的所有蓝牙信标设备1的rssi值的大小进行排序，选取最大的n组存入数据缓存区，如果重复扫描到同一个蓝牙信标设备，将rssi值进行替换并重新排序保存，这样所述数据缓存区中保存的始终为td时间内rssi值最大的前n组蓝牙信标设备的数据；
37.在一次扫描事件完成后，蓝牙定位标签2立刻切换为蓝牙广播模式，启动两次蓝牙广播轮播：在第一次普通广播事件中，所述蓝牙定位标签2将所述数据缓存区的n组蓝牙信标设备有效字段数据组合剔除uuid信息,即(major1、minor1、rssi1)、(major2、minor2、rssi2)、
…
、(majorn、minorn、rssinn)，通过蓝牙普通发现模式(le general discoverable mode)广播出去，广播包的类型为adv_nonconn_ind(不可连接的非定向广播)；供外部蓝牙网关3扫描获得数据；蓝牙定位标签2的一次广播事件时长为tx，tx通常为几百微秒；
38.蓝牙定位标签2在完成一次普通广播事件后，立刻启动一次高精度数据广播事件，在广播包中插入一个高精度蓝牙aoa定位数据包，广播信道采用37信道，所述高精度蓝牙aoa定位数据包广播包类型采用adv_nonconn_ind(不可连接的非定向广播)，其中广播数据pdu中包含的用于定位的数据为一个18字节的固定数组，具体为16进制“2f61accc 2745 67f7 db34 c403 8e5c 0baa 9730”；蓝牙定位标签2的一次高精度数据广播事件时长为tx2，tx2通常为几百微秒。
39.设置所述蓝牙定位标签2发送数据的间隔为ti，ti根据业务场景的需要可设置为不同的整数值，单位为秒，并且ti大于td；蓝牙定位标签在完成一次扫描事件、一次普通广播事件和一次高精度数据广播事件后，进入休眠模式，休眠时长为(ti-td-tx1-tx2)，之后重新启动扫描事件，如此反复。
40.通过以上方法，蓝牙定位标签2可以保证尽可能多的扫描到蓝牙信标设备的数据，以发送间隔ti为周期反复广播蓝牙信标数据和高精度aoa定位数据，实现不同区域的高低精度定位。
41.进一步的，所述蓝牙信标设备1的一次广播事件的发送间隔t，其中t＝400ms；所述蓝牙定位标签1发送数据的间隔为ti，其中ti＝1s；
42.进一步的，所述蓝牙定位标签2持续扫描监听的时长td设置为所述蓝牙信标设备1广播事件发送间隔t的m倍，其中m＝1.5；如果t为400ms，那么td＝600ms，可以保证扫描一个完整的蓝牙信标发送周期。
43.可选的，为了支持对蓝牙信标设备1进行参数配置，蓝牙信标设备1配置有设置按键；当所述设置按键触发时，蓝牙信标设备1周期性执行的广播事件，广播包的类型切换为adv_ind(可连接通用连接广播)；
44.可选的，为了支持对蓝牙定位标签2进行参数配置，蓝牙定位标签2的第一次普通广播事件，广播包的类型为adv_ind(可连接通用连接广播)；
45.进一步的，为了支持多应用场景，所述蓝牙信标设备1在一次广播事件发生时，在37、38、39三个广播信道上发送的广播包报文中uuid的前15字节相同，最后一个字节不同，其中前15字节均为16进制的“ab81 90d5 d11e 4941acc4 42f3 05ff 20”，最后1个字节37、38、39信道分别为16进制的“20”、“21”、“22”。
46.可选的，所述蓝牙定位标签2周期性执行扫描事件的时候，根据预先设定的uuid值规则进行过滤，只保存符合预设uuid规则的所述蓝牙信标设备1的数据，其中uuid规则为：uuid的前15字节相同，只有最后一个字节可以不同，即获取到的有效字段数据组合(uuid1、major1、minor1、rssi1)、(uuid2、major2、minor2、rssi2)、
…
、(uuidn、majorn、minorn、rssin)中，所有uuid值的前15字节相同，且均为16进制“ab81 90d5 d11e 4941acc4 42f3 05ff 20”。
47.可选的，蓝牙定位标签2在一次高精度数据广播事件中，广播信道还可以采用38、39信道，高精度蓝牙aoa定位数据包广播包类型采用adv_scan_ind(可扫描非定向指示广播)，其中pdu中包含的用于定位的数据为一个18字节的固定数组，具体为16进制“2f61 accc 2745 67f7 db34 c403 8e5c 0baa 9730”。
48.进一步的，参考图4，所述蓝牙定位标签2执行一次扫描事件，获取到n组不同的蓝牙信标设备1广播报文中的有效字段数据组合，其中n＝4；在蓝牙定位标签2的普通蓝牙广
播事件中，蓝牙广播数据格式中pdu第8～27字节为所述4组蓝牙信标设备有效字段数据组合，分别为major1、minor1、rssi1、major2、minor2、rssi2、major3、minor3、rssi3、major4、minor4、rssi4，其中major和minor为高位在前方式。
49.作为另外一种实施方式，为了提高传输效率，留出更多的广播字段，参考图5，蓝牙定位标签2在第一次普通广播事件，将数据缓存区的n组蓝牙信标设备有效字段数据组合剔除uuid和major信息,即只将(minor1、rssi1)、(minor2、rssi2)、
…
、(minorn、rssin)，通过蓝牙普通发现模式(le general discoverable mode)广播出去，当n＝4时，蓝牙广播数据格式中pdu第8～19字节为所述4组蓝牙信标设备有效字段数据组合，其中minor为高位在前方式，这样可以留出8个字节空间；
50.可选的，所述蓝牙定位标签2还设置有动静检测功能，当检测到连续静止超过时长t_idle,所述蓝牙定位标签进入低功耗模式，不执行扫描事件，广播包发送空包数据；当检测到运动，蓝牙定位标签立刻进入正常工作，启动扫描事件；作为一种具体的实施方式，t_idle＝30s。
51.进一步的，在一次扫描事件完成后，所述蓝牙定位标签2立刻切换为蓝牙广播模式，启动一次普通广播事件和一次高精度数据广播事件，其中蓝牙广播模式符合蓝牙5.0协议标准。
52.上述技术方案，蓝牙定位标签采用先扫描蓝牙后广播蓝牙的方式，通过改进蓝牙信标设备发送数据的方式和参数，并且通过一次广播事件和一次高精度数据广播事件，进行普通定位数据和高精度定位数据的发送，可极大提高室内定位的精度。
53.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。