CN103442428A

CN103442428A - 一种基于蓝牙设备名的相对移动定位方法

Info

Publication number: CN103442428A
Application number: CN2013103046977A
Authority: CN
Inventors: 王田
Original assignee: Huaqiao University
Current assignee: Huaqiao University
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2013-12-11

Abstract

本发明提供一种基于蓝牙设备名的相对移动定位方法，包括如下步骤：使用蓝牙扫描周围的蓝牙设备，获得周围蓝牙设备名；选择周围蓝牙设备名中分组信息字段为所述分组编号信息的蓝牙设备名，记为本组蓝牙设备名；根据预设的蓝牙设备信息与信息域字段的对应关系，提取本组蓝牙设备名的信息域字段中的本组蓝牙设备信息，将本组蓝牙设备信息添加到自身蓝牙设备名的信息域字段中。通过本方法，实现了相对移动定位的便捷与低成本，解决了现有相对移动定位繁琐，成本高的问题。

Description

一种基于蓝牙设备名的相对移动定位方法

技术领域

本发明涉及网络通信领域，具体涉及一种基于蓝牙设备名的相对移动定位方法。

背景技术

随着移动设备的普及，如何利用移动设备对移动用户进行跟踪和定位显得十分重要。其中，有一类应用——相对移动定位，即判断某一个移动用户是否在特定的其他移动用户的周围。比如，一个导游带领一个老人旅游团去外地旅游，而在旅游景点，一般人会比较拥挤，环境比较复杂，导游想知道他的这些成员是否没有掉队或者在人群中走失，即这些成员还在不在自己的周围。同样的应用还包括，老师带领学生们去春游等等。

就目前而言，主流的定位技术是GPS（全球定位***）技术，它可以找出移动用户的绝对位置，如经纬度信息，但是这种绝对地址是不适合相对移动定位这种应用的。就以上的例子来说，首先成员需要把自己的绝对位置发送给导游，这会带来额外的通信代价；其次，导游还需要确定自己位置，然后再将自己的地址和对成员的地址进行对比，以确定成员的相对位置，这会引入额外的计算代价。另外，GPS模块比较昂贵，而在室内由于接受信号不好，这也成为GPS技术的一个局限。类似的物理定位技术还有基于基站的定位，如谷歌公司推出的“谷歌纵横”***，它依靠预先建立起来的庞大数据库，使得每个基站对应一个位置信息，当用户需要定位的时候，用户的手机可以取得所在基站的ID号，谷歌纵横根据此ID，在数据库里找到相应的位置。这种定位技术可以在室内工作，缺点除了与GPS一样会带来额外的通信代价外，还有两个缺点：一是定位不准确，因为基站覆盖的范围有几公里远；二是需要预先建立数据库，这需要耗费大量的人力财力。

综上所述，现存的定位技术均不能很好的支持相对移动定位，我们的目标是设计一套便宜的、易于实现的、在室内室外都能使用的、节能的解决方案——基于蓝牙的相对移动定位方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于蓝牙设备名的相对移动定位方法，解决现有相对移动定位过程繁琐，成本高问题。

本发明是这样实现的：

一种基于蓝牙设备名的相对移动定位方法，包括如下步骤：

步骤10、将蓝牙设备名划分为分组信息字段和信息域字段，将分组编号信息写入自身蓝牙设备名的分组信息字段中；

步骤20、在扫描周期开始时，清空自身蓝牙设备名中的信息域字段，根据预设的蓝牙设备信息与信息域字段的对应关系，将自身蓝牙设备信息写入自身蓝牙设备名中的信息域字段；

步骤30、使用蓝牙扫描周围的蓝牙设备，获得周围蓝牙设备名；

步骤40、选择周围蓝牙设备名中分组信息字段为所述分组编号信息的蓝牙设备名，记为本组蓝牙设备名；

步骤50、根据所述的对应关系，提取本组蓝牙设备名的信息域字段中的本组蓝牙设备信息，将本组蓝牙设备信息添加到自身蓝牙设备名的信息域字段中；

步骤60、判断扫描周期是否结束，如果扫描周期还未结束，则在此次间隔扫描时间结束后，返回步骤30；

步骤70、如果扫描周期结束，提取自身蓝牙设备名的信息域字段所包含的周围的蓝牙设备信息。

进一步地，在步骤20中，所述预设的对应关系具体为根据分组内的蓝牙设备信息排列的先后顺序的位数，如果存在此设备，则在信息域字段的二进制表达式的倒数上述的位数的二进制位记为1；

则步骤50中的提取本组蓝牙设备名的信息域字段中的本组蓝牙设备信息，将本组蓝牙设备信息添加到自身蓝牙设备名的信息域字段中的具体步骤为：将本组蓝牙设备名的信息域字段与自身蓝牙设备名的信息域字段进行二进制或运算后再记录到自身蓝牙设备名的信息域字段中。

进一步地，所述步骤50与步骤60之间，还包括以下步骤：

将添加了本组设备信息后的自身蓝牙设备名与添加前的自身蓝牙设备名进行比较，如果相等，则将下次间隔扫描时间加长，否则，将下次间隔扫描时间缩短。

进一步地，其中将下次间隔扫描时间加长具体为加长一倍，其中将下次间隔扫描时间缩短具体为缩短一半。

进一步地，所述步骤50与步骤60之间，还包括以下步骤：

如果添加后的自身蓝牙设备名所包含的蓝牙设备信息已经包含预设的所有的分组内的蓝牙设备信息，则本次扫描周期内不再扫描。

进一步地，在步骤30到步骤60的任一步骤中，增加如下步骤：将本次间隔扫描时间加上一个随机时间。

进一步地，所述的随机时间为-12秒到+12秒。

本发明具有如下优点：利用蓝牙设备名这样一种便宜的、简单的方式进行通信交互，可以实现对移动用户的相对位置进行定位和跟踪，现有技术这方面几乎是空白。蓝牙传输数据可以适合于各种场合，无论室内或者室外，不基于特定的基础设施如基站、无线接入点。蓝牙模块十分便宜，大量移动设备都自带有蓝牙模块，从而易于***的实现。蓝牙传输是免费的，用户不需要支付额外的通信费用。信息通过蓝牙设备名字进行传输，不需要预先建立连接，并能节省维持连接的代价。通过对蓝牙设备间隔扫描时间的调整，从而节省移动设备的能量消耗。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明方法一实施例的应用场景示意图；

图2为本发明方法一实施例的设备名分割示意图；

图3为本发明节省设备能量消耗的方法执行流程图；

图4为本发明一实施例的***结构图。

具体实施方式

本发明针对具有相对移动定位的应用，提出了基于蓝牙设备的解决方案。为了阐述的方便，本发明先定义两个名称。其一是“成员”，它指的是需要被定位或跟踪的移动用户，如前面提到的老人或学生。其二是“参照者”，它指的是需要被定位或者跟踪的成员所参照的移动用户，如前面提到的导游或老师。成员可以有多个，参照者也可以有多个，为了阐述的方便，本发明的实施例中用多个成员和一个参照者的例子，需要指明的是，根据本发明，很容易推广到多个参照者的应用上。

在本发明中，所有的移动用户都携带一个具有蓝牙模块的设备，这可以是智能手机、PDA(个人数字助理)、笔记本电脑等轻便设备，并将蓝牙设备设置成“可被查找到”模式。每一个蓝牙设备都有一个设备名，根据蓝牙国际规范的约定，这个名字一共有248个字节。蓝牙设备名可以由用户随意设置的，作用是为了便于周围的蓝牙设备找到它以建立蓝牙连接，如传输文件。本发明即是利用蓝牙设备的名字来在蓝牙设备之间传播数据，也就是说，本发明对蓝牙设备的名字进行特定的编码以实现蓝牙设备之间的信息交互。具体来说，当一个蓝牙设备扫描周围的蓝牙设备的时候，它就可以得到周围蓝牙设备的信息，同时，它可以把这些新收集的信息连同自身的信息一同重新编码到自己的设备名字了，这样当它被别的设备扫描到的时候，它的信息也就被传播出去了。正是通过这种传递信息的方式，这些蓝牙设备组成了一个多跳的移动网络。成员的可以感知到自己是否在参照者周围，参照者也可以感知成员是否在自己周围。

本发明将时间分成一个个的周期，每个周期成为一轮，这个周期的长短是可以根据需要设置的，一般以分钟为单位，对时间敏感的应用可以设置短一点。如将周期设置为10分钟，就说明参照者可以知道被定位的成员是否在最近10分钟内活动在自己的周围。

每个同组的移动设备都将自己的设备名中的若干位（具体多少位可以根据安全的需要，位数越多，则越不容易被破解和干扰，我们的例子采用的是8位）设置为分组信息字段，在此字段中预先写入只有组内人员才知道的一个分组信息（Group_ID），设备名中余下的字段作为信息域字段，用来编码记录周围本组设备的信息（Payload）。这样通过分组信息字段的分组信息，在得到周围蓝牙设备名时，分辨出是否是本组的蓝牙设备名，避免了其他的蓝牙设备名对本组蓝牙设备定位的干扰。分组信息字段也可以作为安全考虑的密码认证，避免非法的设备获取到本组设备的定位信息。

每一轮周期开始的时候，每个移动设备都将所记录的其他移动设备的信息清零，然后根据一定的算法（下面实施例中有详细描述）来启动蓝牙模块来扫描周围的同组的移动设备，然后把找到的本组的移动设备信息连同自己本身携带的信息记录到自己的设备名里去，这样别的设备找到它的时候，也能够将它找到的其他设备的信息一并找到。每一轮周期结束的时候，参照者可以根据自己在一周期内记录的信息知道这个周期内哪些成员在自己的周围或者哪些成员不在自己的周围。

由于移动设备的能量比较有限，而蓝牙设备的扫描操作是本发明中最耗能的操作，因此本发明还设计了一个能量高效的算法，以根据查询到的信息自动调节查询的间隔，尽可能的减少蓝牙设备扫描的次数以节省能量。主要思想是：当蓝牙设备新查找到的周围设备的信息在这之前并无记录时，说明持有该设备的用户可能移动比较活跃，则我们增大其扫描的频率；反之若新扫描得到的设备信息在这之前都已经记录了，说明该用户移动不活跃，我们减小其扫描的频率。（方法细节后面有进一步描述）。

以下结合实施例对本发明的方法进行详细说明。

在一实施例中的一个应用场景如图1所示，该应用场景中，有1个参照者和4个成员，如图所示，参照者目前可以找到成员B，也可以通过成员B找到成员A，但是不能找到成员C和D，而C和D可以互相找到对方。当C和D之中的任何一个(假设是C)运动到参照者的附近（蓝牙传输距离以内，一般10米左右）的时候，参照者就能知道C和D都在自己的周围了，因为C身上携带了D的信息。以下将详细说明如何实现这个过程。

如图2所示，为本实施例蓝牙设备名的编码方式。将蓝牙设备名划分为分组信息字段和信息域字段，蓝牙设备名一共有248个字节，设备名的前面8个字节用来作为分组信息字段，在这个字段上写入分组信息(Group_ID)，在本实施例中分组信息字段为：0xfdfdfdfdfdfdfdfd，则参照者、A、B、C、D的分组信息字段的都为0xfdfdfdfdfdfdfdfd。剩下的240个字节作为信息域字段，用来写入本组蓝牙设备信息(Payload)。当然，在其他实施例中，可以根据需要设置更长的分组信息字段，如用前48个字节表示分组信息字段，剩下的200个字节作为信息域字段。

在本实施例中，在扫描周期开始时，清空信息域字段，根据预设的蓝牙设备信息与信息域字段的对应关系，将自身蓝牙设备信息写入自身蓝牙设备名中的信息域字段。蓝牙设备信息与信息域字段的对应关系为根据分组内的蓝牙设备信息排列的先后顺序的位数，如果存在此设备，则在信息域字段的二进制表达式的倒数上述的位数的二进制位记为1。具体的是这样实现的：给组里的每个成员和参照者都分配唯一的一个序列号，该序列号从1开始按顺序分配，如参照者记为1号，A记为2号，B记为3号，C记为4号，D记为5号，并将此分配列表预存到每个蓝牙设备中。如果存在此设备，则在信息域字段的二进制表达式的倒数上述的位数的二进制位记为1，即每个设备的信息域字段的的二进制表达式的倒数5位二进制用来表示上述的设备是否被扫描到。对于每个设备来说，由于自己对自己来说肯定是可扫描的，则在每个周期开始时，清空信息域信息后，每个设备信息域字段中都应在自己的相应的位上写上1。对于参照者来说，每轮周期开始时它的初始信息域字段的倒数五位记为00001，A的为00010，B的为00100，C的为01000，D的为10000。信息域字段的240个字节代表1920个位（bits），每个位对应一个蓝牙设备，因此可以支持1920个蓝牙设备。

可以使用蓝牙扫描周围的蓝牙设备，获得周围蓝牙设备名；选择周围蓝牙设备名中分组信息字段为0xfdfdfdfdfdfdfdfd，记为本组蓝牙设备名。扫描后将本组蓝牙设备名的信息域字段与自身蓝牙设备名的信息域字段进行二进制或运算后再记录到自身蓝牙设备名的信息域字段中。如参照者可以扫描到A，由于A的初始值为00010，参照着本身的初始值为00001，进行或运算后为00011，并将这个00011记录到自身的设备名中，则结果00011表明扫描周围具有参照着和A。C可以扫描到D的，由于C的初始值为01000，D的初始值为10000，则C扫描到D后进行或运算得到11000。本实施例中用一个“或”操作来实现设备之间信息更新，简单有效。

在其他实施例中，分配方式可以组内口头约定，也可以采取其他分配方式。在其他实施例中，可将240个字节里的每一个字节看作是一个从0-9的数字，这样这240个字节可以合起来表示一个从0到（10²⁴⁰-1）的数字，这个数字我们将其转换为以二进制的方式表示。在该二进制数里，将每一位对应一个组内设备，对应方式是根据设备的序列号，比如序列号是i，则从二进制的低位开始的第i位就是该设备的对应位。具体实现方式是这样的，在每一轮的开始，将信息位置为1，然后将该信息位左移i位，i就是该设备对应的序列号。这样只有该对应位为1，其他位都为0。我们规定状态1表示发现了该位对应的设备，为0则表示没有发现。当一个设备扫描得到周围的组内设备后，只需要简单的对新发现的设备名的信息位和自己的信息位做一个“或”操作，然后将结果保存到分组信息字段中，记为新的信息位（Payload）即可。用这种编码方式，可以支持log₂(10²⁴⁰-1)=787个移动用户，这可以适合绝大多数移动团体的需求了。

判断扫描周期是否结束，如果扫描周期还未结束，则在此次间隔扫描时间结束后，继续启动扫描。如果扫描周期结束，提取自身蓝牙设备名的信息域字段所包含的周围的蓝牙设备信息。通过一扫描周期内的多次扫描，就可以获取到参照者周围的所有蓝牙设备信息。

在一个扫描周期的第一次扫描中，A扫描到B得到信息域字段00110，B扫描到A和参照者得到00111，参照者扫描到B得到00101，C扫描D得到11000，D扫描C得到11000。第二次扫描中，由于B中为00111，则参照者再次扫描B得到00111，即参照者也知道了A在附近。在以后的某一次扫描中，C运动到了参照者可以扫描到的范围，则参照者扫描到C得到11111，即组内所有的设备都被参照者扫描得到，参照者在这个扫描周期中不再扫描。

所有设备在运行之前，需要进行时钟同步，以确保上一轮的数据不会被带到下一轮。本发明的方法可以不需要很精确的时钟同步，是让所有移动设备在每轮周期开始（也就是上一轮周期的结束）的前一秒和后一秒都不会扫描，然后只需要将所有设备的时钟同步到误差在1秒之内即可，由于在每轮周期开始的时候，设备会将自己的信息域字段重置，上一轮的数据就不会被其他设备扫描到而带入下一轮。

图3是每个扫描周期内的具体方法，该方法引入指数回退机制。初始的单次间隔扫描时间是一个比较小的值(如20秒)，通常可以设置为50秒。每个周期开始的时候，每隔一个间隔扫描时间时间设备扫描一次，将新发现的设备的信息域字段和自己信息域字段进行一个或操作，然后将结果更新到自己的信息域字段里，如果新的信息域字段等于（2ⁿ-1）则说明该设备在本周期内已经找到了所有的组内设备，因此在本周期内将不再扫描。否则如果新信息域字段与扫描之前的信息域字段相等，则说明本次扫描无新发现，将其扫描间隔增大一倍(不能超过扫描周期)，否则找到了新设备，说明该用户比较活跃，将其扫描间隔减小一倍。通过此方法根据用户移动活跃情况来自适应调节扫描间隔，引入的回退机制能大大减少能量的消耗。

由于蓝牙设备在扫描的时候，是不会被其他蓝牙设备所发现的，因此要尽量避免设备同时扫描，本发明采取的办法是将每次扫描的时间加上一个介于-12秒到+12秒的随机时间。

如图4所示的一个***结构图，此***结构在微软公司的windowsmobile6.0平台上基于C#语言实现了一个***原型。事实上，我们的***可以在移植到任何平台上，因为我们用到的都是蓝牙设备最基本的操作。该原型分个3个模块，扫描算法模块、扫描模块、数据模块。扫描算法模块负责根据历史数据决定何时扫描；扫描模块负责控制蓝牙模块完成扫描操作，并更新分组信息字段，同时将新扫描到的数据通过数据模块以文件形式保存下来，以为扫描算法模块提供数据，便于设计算法。

如果蓝牙设备扫描周围的设备，说明该蓝牙设备可以作为成员间通信的一个媒介，而对于成员来说，他们持有的蓝牙设备不一定要求能扫描其他设备，即他们可以只是被动的被其他设备找到。因为如果需要蓝牙设备扫描的话，设备上需要安装控制软件，而并不是所有的蓝牙设备都可以安装软件，本发明的***也支持这些设备，因为只需要改它们的设备名而不需要它们进行额外的操作。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims

1.一种基于蓝牙设备名的相对移动定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙设备名的相对移动定位方法，其特征在于：在步骤20中：

所述预设的对应关系具体为根据分组内的蓝牙设备信息排列的先后顺序的位数，如果存在此设备，则在信息域字段的二进制表达式的倒数上述的位数的二进制位记为1；

3.根据权利要求1所述的基于蓝牙设备名的相对移动定位方法，其特征在于：所述步骤50与步骤60之间，还包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的基于蓝牙设备名的相对移动定位方法，其特征在于：其中将下次间隔扫描时间加长具体为加长一倍，其中将下次间隔扫描时间缩短具体为缩短一半。

5.根据权利要求1所述的基于蓝牙设备名的相对移动定位方法，其特征在于：所述步骤50与步骤60之间，还包括以下步骤：

6.根据权利要求1到5任一所述的基于蓝牙设备名的相对移动定位方法，其特征在于：在步骤30到步骤60的任一步骤中，增加如下步骤：将本次间隔扫描时间加上一个随机时间。

7.根据权利要求6所述的基于蓝牙设备名的相对移动定位方法，其特征在于：所述的随机时间为-12秒到+12秒。