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如何開發(fā)BLE藍牙室內(nèi)定位APP軟件？

2022-03-26

室外定位系統(tǒng) (OPS) 和室內(nèi)定位系統(tǒng) (IPS) 之間的區(qū)別

當您閱讀導(dǎo)航一詞時，您腦海中浮現(xiàn)的第一個想法是 GPS 地圖。那是因為過度宣傳和過度使用這項技術(shù)。但說到 IPS，人們認為它仍處于開發(fā)的早期階段。實際上，IPS 背后的科學已經(jīng)進行了多項改進。讓我們了解 OPS 和 IPS 之間的區(qū)別。
BLE藍牙定位app開發(fā)

1、戶外定位

戶外導(dǎo)航背后的技術(shù)全稱是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。它完全取決于從衛(wèi)星接收到的信號進行操作。后來，美國發(fā)展了類似的技術(shù)，即GPS。

這些定位系統(tǒng)技術(shù)適用于地球周圍的一系列衛(wèi)星發(fā)送到接收器單元的信號。就像美國一樣，其他每個國家或國家聯(lián)盟都開發(fā)了自己的商業(yè)使用的全球?qū)Ш较到y(tǒng)。

今天，這些與 GPS 配合使用的 OPS 被用于各種APP。谷歌地圖是主要使用的戶外導(dǎo)航APP之一，在全球擁有超過 1.5 億用戶。除了一般用途外，這些APP還用于標記著名的餐館、圖書館、旅游景點等。
BLE藍牙定位app開發(fā)

2. 室內(nèi)定位系統(tǒng)

與室外導(dǎo)航相比，室內(nèi)定位系統(tǒng)用于定位處于封閉環(huán)境中的某些位置。該系統(tǒng)執(zhí)行必要的基礎(chǔ)設(shè)施來提供定位服務(wù)，以檢測室內(nèi)環(huán)境中的物體或人。由于 GPS 信號在室內(nèi)不可用，因此室內(nèi)導(dǎo)航APP完全依賴于不同的技術(shù)。

傳統(tǒng)上，在該系統(tǒng)中收集數(shù)據(jù)所涉及的技術(shù)是無線電信號、磁場讀數(shù)、紅外線或超聲波。隨著技術(shù)的進步，我們擁有一套改進的技術(shù)棧，例如 BLE 信標。收集數(shù)據(jù)后，將對其進行解釋并APP于與提供不同精度的位置相關(guān)的算法。

磁場讀數(shù)在 IPS 方面提供最佳精度，但價格昂貴且復(fù)雜；該實現(xiàn)使其難以使用。雖然，藍牙集成產(chǎn)品和 Wi-Fi 接入點發(fā)出的無線電信號是這種情況下最常用的技術(shù)。如今，Wi-Fi 適配器和藍牙廣泛用于智能手機和平板電腦，允許它們在需要時接收此類信號并連接到發(fā)射單元。

IPS的使用次數(shù)不計其數(shù)；它可以幫助在大型購物中心，巨型機場，大型生產(chǎn)單位等導(dǎo)航。在跟蹤方面，它可以用于避免任何人群聚集，導(dǎo)游，定時展示高級營銷活動等。如今，各種IPS是基于各種技術(shù)開發(fā)的，例如基于Wi-Fi、基于附近、超寬帶、基于頻率等。
BLE藍牙室內(nèi)定位app開發(fā)

室內(nèi)定位系統(tǒng)的工作

當前，信標軟件開發(fā)主要用于各種 IPS。為了檢測設(shè)備的位置，它依賴于從各種來源收集的數(shù)據(jù)。這些來源主要包括從現(xiàn)代智能手機中存在的各種傳感器獲取的信息，例如陀螺儀、射頻、加速度計等。

分析來自這些來源的數(shù)據(jù)可向用戶提供所需的路線和方向。這種導(dǎo)航服務(wù)依賴于三個主要因素：引導(dǎo)從智能手機獲取的傳輸標志、固有的動態(tài)對齊方法和室內(nèi)定位系統(tǒng)。該過程分析來自各種來源的數(shù)據(jù)，以提供特定目的地或人員的位置。

輸入數(shù)據(jù)包括來自發(fā)射器的指示，主要來自 BLE 信標和 Wi-Fi。位置映射包括電梯、樓梯等數(shù)據(jù)，以及從智能手機傳感器獲取的數(shù)據(jù)。總體而言，室內(nèi)導(dǎo)航APP需要建筑地圖、智能手機中的正確地圖、后端服務(wù)器以及 BLE 信標和指紋識別。

室內(nèi)定位系統(tǒng)開發(fā)所涉及的技術(shù)

BLE APP 開發(fā)中用于室內(nèi)導(dǎo)航的技術(shù) 是無線技術(shù)，包括無線通信技術(shù)和 BLE 信標。
BLE藍牙定位app開發(fā)技術(shù)

1、無線通信技術(shù)

無線技術(shù)被用于世界各地的眾多領(lǐng)域。任何 IPS 都主要依靠來自各種無線技術(shù)的輸入來通信和共享所需的數(shù)據(jù)。根據(jù)從這些源接收到的無線電信號的質(zhì)量，很容易計算到信號源的距離。

任何 IPS 的開發(fā)都涉及各種無線通信技術(shù)，例如移動網(wǎng)絡(luò)、藍牙、無線保真、UWB 等。在本詳細指南中，我們將討論 Wi-Fi 技術(shù)和藍牙。

2、無線上網(wǎng)

Wireless Fidelity 是一項超現(xiàn)代技術(shù)，可幫助用戶在稱為接入點的設(shè)備或硬件的幫助下連接到網(wǎng)絡(luò)。Wi-Fi 主要工作在 2.4 GHz 或 5 GHz 的 ISM 頻段。在接受信號方面，無線保真度取決于天線類型、信號干擾等多種因素。

Wi-Fi 信號主要用于室內(nèi)環(huán)境。在充足的室內(nèi)空間中可以有各種無線接入點，提供 IPS 可以使用的大量參考點。事實上，無線保真度并沒有被開發(fā)用于每次進行掃描時，查詢被傳輸?shù)浇尤朦c以詢問可能會或可能不會影響整體網(wǎng)絡(luò)性能的所需信息。

此外，在大多數(shù)情況下，這些訪問點歸第三方所有，可能不允許將其用于這些進程，因為這違反了他們的安全策略。但是，如果第三方擁有的接入點拒絕了該請求，您始終可以選擇其他更適合室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)，例如藍牙。
BLE藍牙定位app開發(fā)

3、藍牙

藍牙是另一種在世界范圍內(nèi)廣泛使用的無線通信技術(shù)。其功能類似于 2.4 GHz ISM 頻率板上的無線保真操作。它連接存在于小距離內(nèi)的數(shù)字設(shè)備。藍牙技術(shù)確實在開放頻段上工作，并已被 IEEE 標準化為 IEEE 802.15.1，并受“藍牙特別興趣小組 (SIG)”的監(jiān)管。但是，它不再保持這些標準。

各種藍牙APP開發(fā)人員已將其廣泛用于各種信標軟件開發(fā)。它還被廣泛用于家庭和辦公室，用于多種用途，例如在無線揚聲器中接收來自附近設(shè)備的音頻或音樂。

藍牙無線技術(shù)使用79個通道傳輸各種數(shù)據(jù)；工作頻率范圍為 2402 MHz 至 2480 Mhz。“跳頻”是用于消除其他射頻信號干擾的技術(shù)名稱。該技術(shù)通過在短時間內(nèi)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渲幸粋€可用通道來工作。如果檢測到任何干擾，則將數(shù)據(jù)重新發(fā)送到另一個通道。

最初，為了在室內(nèi)定位系統(tǒng)中通過藍牙傳輸數(shù)據(jù)，設(shè)備已經(jīng)建立了連接。目前的技術(shù)允許單個設(shè)備最多連接 7 個設(shè)備并同時與它們通信。該方法稱為“主從”，其中連接發(fā)起設(shè)備充當主設(shè)備，其他七個設(shè)備充當從設(shè)備。該技術(shù)已成為各種 BLE APP 開發(fā)公司的問題解決方案。它被設(shè)計為一種低能耗技術(shù)；它可以在短距離的電池供電設(shè)備上運行。使用藍牙傳感器在沒有任何通信的情況下將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備已經(jīng)非常普遍。

4. 低功耗藍牙 (BLE)

低功耗藍牙或 BLE 被稱為經(jīng)典藍牙 4 .0 協(xié)議的子系統(tǒng)，該協(xié)議已開發(fā)用于以低功耗提供設(shè)備連接。最近，通信信道的數(shù)量已從 79 個寬信道減少到 40.2 MHz。在這些渠道中，三個僅用于廣告目的。

與傳統(tǒng)的藍牙一樣，BLE 設(shè)備也可以利用可根據(jù)所需范圍調(diào)節(jié)的各種輸出功率設(shè)置來工作。1-15米之間的短距離需要低輸出功率，為此范圍選擇的頻率在-30 dBm和-12 dBm之間。在距離大于 20 米的情況下，可能需要更高的功率，但這不會快速減少電池電量。

在無障礙位置的 50 米距離范圍內(nèi)，BLE 設(shè)備使用 0dBm 的值。使用高達 10dBm 的高值可以改善信號范圍。但是，這是一個理論值。BLE技術(shù)被開發(fā)用于在沒有連接的情況下傳輸數(shù)據(jù)。基于該技術(shù)的設(shè)備通常用于單向連接，其中接收器被動地從 BLE 設(shè)備收集數(shù)據(jù)，并且它們無法與廣播公司建立連接。該模型確保在任何情況下都無法操縱數(shù)據(jù)。

隨著這些 BLE 單元的制造增長，定制配置成為優(yōu)先事項，現(xiàn)在我們可以在市場上看到可連接的 BLE 設(shè)備。在安全性方面，這些設(shè)備現(xiàn)在可以通過密碼進行保護，以防發(fā)生任何修改。

這些設(shè)備的次要形式稱為 BLE 信標，眾所周知，它們最適合用于制造 IPS。這些是任何信標APP開發(fā)人員的選擇，因為這些微型設(shè)備僅限于傳輸可用于該位置的數(shù)據(jù)。

5、藍牙低功耗信標

BLE 信標是用于以頻繁的時間間隔傳輸小數(shù)據(jù)包的設(shè)備，由紐扣電池供電。但是，它們也可以使用 USB 和 AA 電池供電，具體取決于可用性。這些 BLE 信標可以連續(xù)運行數(shù)月，在某些情況下，可持續(xù)運行數(shù)年，具體取決于所使用的電源類型。它們較小的尺寸使它們易于使用和安裝。

BLE 信標通過在大部分操作時間保持睡眠來成功維持其能源消耗。他們只在預(yù)定義的時間間隔喚醒廣播信號。它們的運行時間取決于它們所使用的系統(tǒng)類型，因為它可以從 100 毫秒到幾秒不等。但是，任何信標APP 開發(fā)公司都可以根據(jù) 要求調(diào)整此時間。

使用這種超現(xiàn)代技術(shù)的好處越來越多，這使得信標軟件開發(fā)非常受歡迎。根據(jù)藍牙核心規(guī)范，廣播的數(shù)據(jù)可以被格式化，包含在數(shù)據(jù)包中。然而，這些數(shù)據(jù)包是用它們的所有元素格式化的。

任何 BLE 數(shù)據(jù)包的廣播數(shù)據(jù)都被限制為僅 31 個字節(jié)，由內(nèi)容字符串和短文本、數(shù)值和內(nèi)容字符串組成。為了優(yōu)化數(shù)據(jù)字段，信標協(xié)議被強制執(zhí)行。這些協(xié)議提供了多種工具來將附加數(shù)據(jù)連接到使用信標的云服務(wù)。

6、信標協(xié)議

BLE Beacon 協(xié)議用于通過將數(shù)據(jù)字段劃分為幾個小部分來構(gòu)建數(shù)據(jù)字段，這些部分由輸出功率、信號強度等組成。數(shù)據(jù)始終以十六進制值的形式表示，可以使用代碼輕松解釋和協(xié)議創(chuàng)建者提供的工具。信標軟件開發(fā)行業(yè)正在興起，因為這些設(shè)備大量用于各種 BLE APP 開發(fā)流程，例如室內(nèi) 導(dǎo)航系統(tǒng)。兩個廣泛使用的信標協(xié)議是 iBeacon 和Eddystone。

7、iBeacon

Apple Inc. 在 2013 年創(chuàng)建了 iBeacon 協(xié)議，它是當時唯一可用的信標技術(shù)。這個信標的主要功能是將 iOS 設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)閺V告商，可以將各種數(shù)據(jù)集廣播到其他監(jiān)聽 iOS 設(shè)備。該系統(tǒng)用于計算接收設(shè)備和發(fā)射設(shè)備之間的距離。iBeacon 的幀由一個 TX Power 字段組成，該字段是在距離 1 米處校準的信標廣播功率的測量值。

通用唯一標識符，通常稱為 UUID 的字段，用于識別在特定時間連接到信標的任何特定APP。因此，您會發(fā)現(xiàn)與APP相關(guān)的每個信標都擁有相同的 ID。Minor 和 Major 值主要用于檢測較小子組中的信標。

在申請過程中，任何樣本百貨商店的 UUID 的值都是相同的。相同值的目的是讓移動設(shè)備使用單個標識符來查找該區(qū)域中存在的任何商店。此外，該綜合體中的每個商店都分配有一個唯一的中心值，該值有助于設(shè)備識別它所在的商店。現(xiàn)在，特定商店中的每個部門都被分配了不同的次要值。

現(xiàn)在，您的移動設(shè)備可以快速確定用戶何時進入或離開任何商店，并可以使用 iBeacon 的此信息找到特定商店和部門。但是，您必須向 Apple 付費才能使用該技術(shù)以及相關(guān)的 API 才能使用該技術(shù)。這些限制還阻止您跨各種平臺實施。您可以通過尋找BLE APP開發(fā)公司并開始您自己的 i B eacon 軟件開發(fā)來解決這個問題。

8、埃迪斯通

Eddystone 是由谷歌開發(fā)的信標協(xié)議，它允許藍牙低功耗設(shè)備將數(shù)據(jù)短距離傳輸?shù)浇邮掌鳌Ｅc任何其他現(xiàn)有信標協(xié)議相比，使用此協(xié)議的主要好處是它允許設(shè)置并發(fā)送四種不同的廣告數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包也稱為幀類型，具體取決于信標的用途。該協(xié)議的幀類型是所有可用 Eddystone 幀中出現(xiàn)的第一個字段。

就像 iBeacon 一樣，有 TX Power 場，但功能針對 Eddystone。其值是從 0 米的距離校準的。標識為 Instance ID 和 Namespace ID 的其他兩個字段類似于 iBeacon 的 Minor 和 Major 值中存在的數(shù)據(jù)。對于 Eddystone，命名空間 ID 對于系統(tǒng)中部署的每個信標都是唯一的，而實例 ID 對于特定信標設(shè)備也是唯一的。

在 Eddystone 中，還有另一種幀類型，目前稱為 URL。此幀類型中包含的數(shù)據(jù)是一個長度可以為 17 個字節(jié)的 URL。這個特定的信標幀將 URL 廣播到風中。通過實現(xiàn)這一點，谷歌瀏覽器的每個用戶都可以通過點擊通知欄來查看他們周圍的信標，并在不需要任何特定APP的情況下進行交互（各種 Android 設(shè)備可能需要物理 Web APP），但它僅適用于 iOS。例如，一家小型面包店可以在不開發(fā)APP的情況下使用信標將其網(wǎng)站發(fā)送到風中，而不是同時強迫用戶下載。

該幀用于廣播鏈接到信標設(shè)備的遙測數(shù)據(jù)。這是用于監(jiān)控電池、信標溫度、廣告計數(shù)和因電源而發(fā)生的延遲秒數(shù)等方面的部署的主要方法。

室內(nèi)定位方法

射頻信號由無線設(shè)備傳輸，并以多種方式用于執(zhí)行室內(nèi)定位系統(tǒng)。該過程分三個步驟進行，包括測量正在傳輸?shù)男盘柕奶匦浴Ｏ乱徊缴婕笆褂玫谝徊街惺占臏y量值來估計物體的距離。最后一步是范圍估計。這些過程對于室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)至關(guān)重要。

1、測量方法

需要實施一種理想的測量方法，以利用無線電信號的特性進行室內(nèi)定位。為了計算信號的到達角和檢測接收信號源的距離，使用了這些測量方法。收集到的信息依賴于在風中自由傳播的信號，任何人都可以借助一些無線通信技術(shù)來攔截。

2、到達角

到達角，也稱為 AOA，是一種測量方法，用于識別射頻信號撞擊接收天線時的角度。通過確定特定波落在每個天線上的時間差來計算方向。它也被稱為到達時間差。它經(jīng)常用于估計信號的到達方向；它可以來自任何移動設(shè)備。這種測量方法通常與三角測量結(jié)合使用，有助于找到兩個錨發(fā)射器的相對位置。

3、到達時間

到達時間稱為飛行時間。它用于測量射頻信號在發(fā)射機發(fā)送后被接收機接收到的時間量。當信號被傳輸時，速度會被記錄下來，然后用于計算信號行進的距離。因此，與至少三個接收器的距離呈現(xiàn)為三個不同的圓圈，從而揭示了發(fā)射設(shè)備的位置。

4、接收信號強度指數(shù)

RSSI 是接收信號強度指示的縮寫。這是對接收到的射頻信號中剩余功率的測量。該信號在開發(fā)室內(nèi)定位系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。接收信號中的剩余功率通常稱為信號強度。如果信號要經(jīng)過的距離很短，那么信號接收到后剩余的電量就會更多。因此，它將被稱為強信號。

然而，沒有標準化的系統(tǒng)來測量信號的強度。但是任何信號強度的測量單位都是dBm。RSSI 與信號傳播距離之間的關(guān)系取決于幾個因素。為了簡化該過程，您始終可以使用已適應(yīng)環(huán)境的傳播模型。信標軟件開發(fā)過程使用這些環(huán)境來提高信號質(zhì)量。

估計技術(shù)

室內(nèi)定位系統(tǒng)通常使用估計技術(shù)來識別移動設(shè)備的位置。傳播方法通過近似各個接入點之間的距離來計算設(shè)備的位置。第二種方法稱為指紋識別。它用于借助多種信號特征確定準確的位置。然而，這些估計技術(shù)是基于使用由測量方法提供的數(shù)據(jù)來識別準確位置的。