張斌 宋英杰

摘 要：基于iBeacon的室內(nèi)路徑引導系統(tǒng)可以精確的檢測室內(nèi)用戶的移動方向，并能夠收集用戶移動模式的上下文感知收集用戶信息，提供精確的引導路線，并將引導信息通過消息推送的形式通知用戶。真機實驗表明，基于iBeacon的室內(nèi)路線引導系統(tǒng)較其他系統(tǒng)能夠提供更精確的引導信息。

關(guān)鍵詞：iBeacon；室內(nèi)路徑引導；上下文感知

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

隨著智能手機在全世界范圍內(nèi)的流行，通過智能手機提供服務(wù)的可能性逐漸被發(fā)掘。其中一個重要的應用是近距離的無線通信技術(shù)，包括藍牙、Wi-Fi等。iBeacon作為蘋果公司研發(fā)的產(chǎn)品，是利用低功耗藍牙技術(shù)（Bluetooth Low Energy，簡稱BLE）來進行Beacon模塊和智能手機之間的無線通信[1，2]。之所以稱之為低功耗，是因為一節(jié)紐扣電池可以使其正常運行三年左右的時間。iBeacon的工作原理是通過藍牙廣播協(xié)議推送消息到用戶手機，用戶手機接收到消息之后進行一系列的動作處理，比如計算離iBeacon的距離，室內(nèi)定位，商場信息提取等。其中室內(nèi)定位是近些年來iBeacon最為常見的應用，目前已有基于iBeacon定位系統(tǒng)的原理是通過測量智能手機與Beacon節(jié)點之間的信號強度（Receiver Signal Strength Indicator，簡稱RSSI）。但是在室內(nèi)復雜環(huán)境下，如物體阻擋、人員流動等對電磁波影響較大因素存在，RSSI的值波動范圍較大[3]，導致依賴RSSI值進行室內(nèi)定位的算法不穩(wěn)定，定位效果不佳。

本文針對iBeacon室內(nèi)定位方向展開研究，放棄了傳統(tǒng)的依靠受環(huán)境因素影響較大的RSSI值進行定位的方式，采用iBeacon的部署策略和major和minor屬性來達到精確室內(nèi)路線引導的效果。本文旨在實現(xiàn)精確的室內(nèi)路線引導系統(tǒng)，并通過Android手機進行測試，實驗證明，基于iBeacon的室內(nèi)路線引導系統(tǒng)可以精確的檢測室內(nèi)用戶的移動方向，并能夠收集通過用戶移動模式的上下文感知收集用戶信息，提供精確的引導路線。

2 iBeacon構(gòu)造（iBeacon structure）

iBeacon是蘋果公司2013年9月發(fā)布的移動設(shè)備用OS（iOS7）上配備的新功能。其工作方式是，配備有低功耗藍牙（BLE）通信功能的設(shè)備使用BLE技術(shù)向周圍發(fā)送自己特有的ID，接收到該ID的應用軟件會根據(jù)該ID采取進一步行動[4-6]。

iBeacon的數(shù)據(jù)主要由四種資訊構(gòu)成，分別是UUID（通用唯一標識符）、Major、Minor、Measured Power。

UUID是規(guī)定為ISO/IEC11578：1996標準的128位標識符，是每個iBeacon節(jié)點的通用唯一標識符。

Major和Minor由iBeacon發(fā)布者自行設(shè)定，都是16位的標識符。比如，連鎖店可以在Major中寫入?yún)^(qū)域資訊，可在Minor中寫入個別店鋪的ID等。另外，在家電中嵌入iBeacon功能時，可以用Major表示產(chǎn)品型號，用Minor表示錯誤代碼，用來向外部通知故障。

Measured Power是iBeacon模塊與接收器之間相距1m時的參考接收信號強（RSSI：Received Signal Strength Indicator）。接收器根據(jù)該參考RSSI與接收信號的強度來推算發(fā)送模塊與接收器的距離。

3 基于iBeacon的室內(nèi)引導系統(tǒng)（Indoor route

guidance system based on iBeacon）

3.1 設(shè)計方案

本文描述了一款基于iBeacon技術(shù)的室內(nèi)路線引導系統(tǒng)，類似于常見的汽車導航系統(tǒng)，可以通過用戶移動方向的上下文感知數(shù)據(jù)來實時的幫助用戶確定初始地點與目標地點之間的最優(yōu)路徑。想像一下，如果某個用戶想離開某個商場，那么路線引導系統(tǒng)需要知道顧客的下一個要到達的節(jié)點在哪。此時，系統(tǒng)需要收集多個已經(jīng)部署的iBeacon節(jié)點的信息[7，8]。圖1是本文設(shè)計的方案，將iBeacon節(jié)點部署在走廊的兩側(cè)，此方案的優(yōu)勢：（1）增強用戶行為模式監(jiān)測的準確率；（2）當走廊人群擁擠時可以成功的接收到iBeacon推送信息，因為iBeacon發(fā)射出的電磁波可能被人體吸收，導致系統(tǒng)收集的信號減少，降低定位準確率。

在圖1中，走廊兩側(cè)部署對等數(shù)量的標識用戶位置的iBeacon節(jié)點，其中走廊盡頭部署兩個用于推送消息的iBeacon節(jié)點，也就是意味著每條走廊中都需要部署兩種iBeacon節(jié)點，分別稱之為Silent iBeacon和Notified iBeacon。為了在物理上加以區(qū)分，系統(tǒng)規(guī)定Silent iBeacon的minor==0，而Notified iBeacon的minor==1。當用戶通過走廊方向為由左到右，則系統(tǒng)先檢測到minor=0的iBeacon，再檢測到minor=1的iBeacon，則手機探測到iBeacon節(jié)點的時間序列可能為

，

其中，的minor==0，的minor==1；相反，如果通過方向為由右向左，則先檢測到minor==1的iBeacon，再檢測到minor==0的iBeacon，則iBeacon序列可能為

；

通過iBeacon序列，可以判斷用戶走動的方向。此處我們還規(guī)定了兩個iBeacon用戶消息推送，目的是當用戶由左到右行走時，進行消息推送，比如說用戶是進入商場，則推送商場相關(guān)的促銷信息；而由右向左時，不推送消息。試想一下，如果交叉路口的四周都按此種方案進行部署iBeacon，效果如圖2所示。

本系統(tǒng)通過SamSung Note4和BrightIBeacon進行實驗，其中Android APP借助了開源的ALTBeacon SDK（https：//github.com/AltBeacon/android-beacon-library）進行實現(xiàn)。

在現(xiàn)實生活常見的商場中，除了主干走廊為，大部分的走廊長度約為30—50米。本文的實驗場地選定長為30m，寬1.8米的走廊，讓iBeacon的部署間距為5m。在實驗過程中，經(jīng)過多次測量求平均值，當用戶以1m/s的速度通過走廊時，通知準確率為100%；當用戶速度提高到2m/s時，準確率降低到96.7%；當用戶速度提升為3m/s時，通知準確率迅速下降到25%左右。準確率下降的原因主要是由于計算時間太短，用戶速度為3m/s時，系統(tǒng)每次計算的時間為5/3s，如果適當?shù)脑黾觟Beacon的部署間距，不僅能降低成本，還能夠提高準確率。

4 結(jié)論（Conclusion）

iBeacon作為一種新型的近距離通信技術(shù)，憑借其低功耗、高精度等特點被廣泛的接受和使用。本文使用iBeacon進行了室內(nèi)路徑引導系統(tǒng)的研發(fā)工作，通過真機實驗證明，合理的iBeacon部署和高效的算法能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，為用戶提供精確的導航效果。

參考文獻（References）

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