基于低功耗藍牙技術(shù)的智能物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).

1、姓名：成凱姓名：成凱基于低功耗藍牙技術(shù)的智能物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)基于低功耗藍牙技術(shù)的智能物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)智能系統(tǒng)介紹智能系統(tǒng)介紹目錄contentBeacon近距監(jiān)測近距監(jiān)測算法算法選題背景與研究選題背景與研究現(xiàn)狀現(xiàn)狀地理圍欄算法地理圍欄算法智能系統(tǒng)的設(shè)計智能系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)與實現(xiàn)結(jié)論和展望結(jié)論和展望1.背景與研究現(xiàn)狀背景與研究現(xiàn)狀1研究背景研究背景2研究意義研究意義3研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀1.1研究背景研究背景 1999年MIT Auto-ID中心Ashton教授在研究RFID時最早提出了物聯(lián)網(wǎng)這個概念。2005年ITU在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上正式確定了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，并隨后

2、發(fā)布了ITU Internet reports 2005一一the Internet of things。 “物聯(lián)網(wǎng)概念”是在“互聯(lián)網(wǎng)概念”的基礎(chǔ)上，將其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，進行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)概念。 其定義是:通過無線通信技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、傳感器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念。1.1研究背景研究背景 近年來，智能手機呈現(xiàn)出爆炸式的增長態(tài)勢，一個新興煩人研究領(lǐng)域是基于智能手機自帶的傳感器，或者無線網(wǎng)絡(luò)接入能力在物聯(lián)網(wǎng)方向中的研究與應用。常見的智能手機上面都包含有磁力計

3、傳感器、加速度傳感器、陀螺儀傳感器、GPS等傳感器，此外，無線網(wǎng)絡(luò)接入支持移動網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、Bluetooth4.0、NFC等。1.1研究背景研究背景 低功耗藍牙(BLE)是物聯(lián)網(wǎng)的一個關(guān)鍵構(gòu)件，芯片廠商通過利用BLE進一步降低設(shè)備功耗和幫助開發(fā)者實現(xiàn)BLE，使BLE更適合應用在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中。根據(jù)藍牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）估計，在 2018 年 90以上有藍牙功能的智能手機將支援藍牙低功耗（BLE）功能。這連同數(shù)量越來越多，及能通過不斷進步的無線技術(shù)連接到互聯(lián)網(wǎng)的智能手機，可能是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）潛力的第一波。 隨著手機規(guī)模經(jīng)濟的效果，BLE 為工程師和產(chǎn)品設(shè)計師提供一個簡單和具成本效益的硬

4、件配置，以設(shè)計出可以相通到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備。1.2研究意義研究意義 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，人們期待生活在一個高度智能化環(huán)境中。但是，目前生活中有很多事物都給人們帶來不便。 例如，雨傘是人們生活的重要工具之一，然而，u當室外雨雪天氣時，人們從外出的時候總會忘記攜帶雨傘，這時候不得不回來拿雨傘；u當早上出門的時候還是晴天，可晚上回家的時候卻有雨雪，這時候不得不因忘記攜帶雨傘而苦惱；u當我們?nèi)ソ淌业裙矆龊蠒r，離開的時候我們總會因遺忘而丟失雨傘。1.2研究意義研究意義1.3研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀2.同時當你在走出辦公室或餐廳時，將雨傘落在了座位上，Oombrella同樣會發(fā)出提醒你，防止丟失。3. 經(jīng)典版

5、的Oombrella身長3.1英尺，而折疊版的尺寸為0.82英尺，兩個版本的傘骨都使用了凱夫拉材質(zhì)。目前Oombrella在Kickstarter上的眾籌目標為6.5萬美元，目前已經(jīng)籌集了2.8萬美元。Oombrella的眾籌價格為59歐元（約合人民幣430元），如果一切順利的話，預計在今年10月出貨。1. Oombrella內(nèi)置的傳感器可以追蹤溫度、氣壓、濕度以及光線，這些數(shù)據(jù)被用于預測是否馬上大雨，如有極高的概率，你就可以通過智能機上的藍牙和免費的配套應用程序接收到通知。甚至還在頂部安裝有攝像頭，如果警報的提醒還可以共享到Wezzoo天氣社區(qū)。其警報預設(shè)在出門前15分鐘，此外手柄位置還內(nèi)置

6、了一個蜂鳴器和指示燈。1.3研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀1.4 oombrella VS blebrellaoombrellablebrella傳感器類型：溫度傳感器、氣壓傳感器、濕度傳感器、光線傳感器和藍牙發(fā)射接收模塊BLE（低功耗藍牙）發(fā)射裝置提醒機制：傳感器檢測結(jié)合遠程氣象server，本地預測雨雪天氣；設(shè)置出門前15分鐘提醒用戶；遠程氣象服務器獲取，實時監(jiān)測用戶離開室內(nèi)提醒用戶防丟機制：在藍牙保持連接的通訊范圍之內(nèi)，一般室內(nèi)15米左右動態(tài)設(shè)置安全距離適應性：內(nèi)置在oombrella雨柄部分，有蜂鳴器和LED燈提醒安裝在普通雨傘，不收雨傘廠商限制，動態(tài)擴展2.智能系統(tǒng)介紹智能系統(tǒng)介紹1功能定義功能定

7、義2氣象預處理模塊氣象預處理模塊3地理圍欄處理模塊地理圍欄處理模塊4Beacon近距監(jiān)測模塊近距監(jiān)測模塊2.1功能定義功能定義u低功耗藍牙雨傘提示系統(tǒng)包括： 功低耗藍牙廣播裝功低耗藍牙廣播裝置置 和移動終端應用軟件移動終端應用軟件系統(tǒng)系統(tǒng)兩部分。2.1功能定義功能定義低功耗藍牙低功耗藍牙Beacon發(fā)射端：發(fā)射端： 是由一個BLE模塊內(nèi)置在雨具中，以每隔1秒的間隔發(fā)送Beacon廣播數(shù)據(jù)報文，報文中包含有UUID、Major、Minor、RSSI、TxPower等字段。可以單獨做成模塊，使普通雨傘升級為blebrella。 此外，低功耗藍牙模塊僅運行在廣播模式，隨機在三個廣播信道上每隔2s（時

8、間間隔支持20ms10.24s）發(fā)送一個廣播數(shù)據(jù)報文，一個CR2032紐扣電池能夠供電長達兩年之久。2.1功能定義功能定義移動終端應用軟件系統(tǒng)：移動終端應用軟件系統(tǒng)： 是一個運行在移動終端上的Android軟件應用程序，需要移動終端的硬件支持低功耗藍牙芯片、磁力計傳感器和加速度傳感器，軟件包括氣象數(shù)據(jù)預處理，地理圍欄監(jiān)測，雨傘近距監(jiān)控處理等幾部分。2.1功能定義功能定義移動終端應用軟件系統(tǒng)：移動終端應用軟件系統(tǒng)： 通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)連接請求從遠程氣象服務器獲得實時天氣信息，當預測到下雨天氣，并且通過地理圍欄監(jiān)測到用戶離開室內(nèi)時，移動終端應用軟件系統(tǒng)根據(jù)接收到BLE廣播裝置的廣播信息來判斷用戶是否已經(jīng)

9、攜帶雨傘，當用戶忘記攜帶雨傘時，提醒用戶攜帶雨傘。此外，當用戶臨時放置雨傘時，在離開的時候提醒用戶帶走雨傘，這樣不會因遺忘而丟失雨傘。2.2氣象預處理模塊氣象預處理模塊 氣象預處理是實時地判斷當前天氣是否有雨雪，來通知用戶外出是否需要攜帶雨具。全國地理位置包含大量的省、市、縣和區(qū)地名，因此智能手機端需要設(shè)計數(shù)據(jù)庫來存取這些數(shù)據(jù)。 遠程氣象服務器返回給手機端的是Json類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包含當前時間，氣象數(shù)據(jù)發(fā)布時間，氣溫范圍，天氣描述信息等，因此手機端需要解析json數(shù)據(jù)。緩存到本地，避免在數(shù)據(jù)連接斷開的時候，也能從本地緩存讀取氣象信息。 為了保證用戶每次獲取的都是實時最新的氣象信息，Andro

10、id手機端應用創(chuàng)建一個長期在后臺運行的定時任務，每隔8個小時從遠程氣象服務器自動請求最新氣象信息。判斷雨雪天氣是時從當前天氣描述信息中判斷是否包含“雨、雪”字段。2.3地理圍欄處理模塊地理圍欄處理模塊 地理圍欄處理模型：用一個虛擬的圍欄圍出一個虛擬的地理邊界，當手機進入、離開某個特定的地理區(qū)域，或者在該區(qū)域活動時候，手機可以接收到自動的通知和警告。 當智能手機離開該區(qū)域時，手機可以自動接收到通知，并且從氣象預告處理模塊中獲取是否有雨雪天氣，判斷用戶是否需要攜帶雨傘。 該模塊定義了步頻探測算法、步長確定算法、航向確定算法和矢量距離計算。2.3地理圍欄處理模塊地理圍欄處理模塊u 當室內(nèi)環(huán)境中GPS

11、信號良好的時候，從GPS芯片讀取實時定位信息，當用戶離開設(shè)置的虛擬的柵欄時，手機自動接收到通知。u 當室內(nèi)環(huán)境中GPS信號不好的時候，智能手機通過處理采集到的加速度傳感器和磁力計傳感器數(shù)值，探測用戶移動的步數(shù)、步長和航向角；l根據(jù)加速度傳感器數(shù)據(jù)，由步頻探測算法計算步數(shù)；l根據(jù)加速度傳感器數(shù)據(jù)，由步長處理算法探測步長；l根據(jù)加速度傳感器數(shù)據(jù)和磁力計數(shù)據(jù)，由航向確定算法計算航向角度；2.3地理圍欄處理模塊地理圍欄處理模塊l已知一段時間內(nèi)移動步數(shù)、步長和每一步航向角計算出用戶移動的矢量距離，當用戶離開設(shè)置的虛擬的柵欄時，手機自動接收到通知。2.4 Beacon近距監(jiān)測模塊近距監(jiān)測模塊 Beacon

12、近距監(jiān)控模塊用于實時監(jiān)控用戶是否隨身攜帶雨傘。 該模塊定義了智能手機端的RSSI近距監(jiān)控算法和信號發(fā)射裝置廣播數(shù)據(jù)。u安置在雨具中的低功耗藍牙模塊，以1Hz頻率發(fā)送廣播數(shù)據(jù)包，智能手機接收到廣播數(shù)據(jù)包中RSSI值通過RSSI近距監(jiān)控算法判斷雨具與手機之間距離，u或者不能接收到任何低功耗藍牙模塊發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)包表示雨具已經(jīng)超過RSSI數(shù)據(jù)包接收范圍。3.地理圍欄算法地理圍欄算法1航跡推算原理航跡推算原理2PDR模型模型3步頻步頻探測探測4步長估計步長估計5航向航向確定確定6虛擬地理虛擬地理圍欄位置計算圍欄位置計算3.地理圍欄算法地理圍欄算法uGPS信號可用：GPS定位uGPS信號不可用：室內(nèi)定位

13、3.1航跡推算原理航跡推算原理3.1航跡推算原理航跡推算原理u傳統(tǒng)慣性導航： 將從加速度傳感器獲取的加速度值一次積分得到速度大小，二次積分得到位移大??；將從陀螺儀獲取的角度變化一次積分得到航向角，或者從磁力傳感器直接獲取兩者的差值得到航向角；u行人航跡推算PDR（Pedestrian Dead Reckoning）： 基于人體步行的生理學運動特性，綜合人體步行時身體加速度周期性變化特性，從采樣樣本中估算行走步數(shù)和步長，由步數(shù)和步長乘積得到位移大小，從磁力計傳感器積分獲取航向。3.1航跡推算原理航跡推算原理 在實際應用場景中傳統(tǒng)慣性導航，為了減少累計積分計算出來的速度值誤差， 對加速度傳感器精度

14、要求比較高導致，導致硬件成本比較高， 此外由于累計積分過程，即使很小的精度偏差在經(jīng)過一段時間的累積也會造成很大的誤差。 行人航跡推算PDR在手機定位處理中具有很大的優(yōu)勢：首先，從定位精度來看，在智能手機上，PDR比慣性導航的精度高，慣性導航移動位移誤差與加速度的二次方成正比例，在室內(nèi)復雜環(huán)境下，很容易受環(huán)境影響，并且定位誤差隨時間隨時間累加，相反，PDR通過步頻和步長，再結(jié)合方位角在計算位移，定位誤差并不會隨時間隨時間累加，手機擺動不大；其次，在算法處理過程中，慣性導航不僅需要一個提前校準的過程，獲取當前的設(shè)備姿勢，以便準確的計算下一時刻的位移，同時還需要誤差動態(tài)清零步驟，避免誤差累計增長，P

15、DR避免了繁瑣的步驟，只需要從周期性變化的波形中統(tǒng)計用戶移動的步數(shù)、步長和方位角，處理步驟比較簡單，但是需要一個訓練學習過程。 因此，在本系統(tǒng)中我們采用PDR算法處理地理圍欄情景。3.2 PDR模型模型 生理學者對人體行走特征進行深入研究，發(fā)現(xiàn)人行走的加速度有如下規(guī)律： 正常人行走步態(tài)具有周期性，每個步態(tài)周期（Gait Cycle）可以分為四個相：腳離地（Push-off）、擺動（Swing）、腳后跟著地（Heel Strike）和站立（Stance），如圖所示； 正常人行走的步頻在0.52步/秒，步長范圍在2070厘米，不同人行走步頻和步長差異與個人身高、習慣和路面情況等相關(guān)；3.2 PDR

16、模型模型 在步數(shù)變化不明顯的自然行走中，行人步長變化不大，標準差在5厘米以內(nèi)； 行人前進和垂直方向的加速度信號波形能夠反映出步態(tài)的周期性特征； 不同路面的情況下面，適用的步長模型可能不一樣，如在平地行走模型不適用與上下坡模型3.2 PDR模型模型3.2 PDR模型模型 基于行人步態(tài)的生理學特征，Levi和Judd提出了行人航跡推算PDR的方法。這種方法的基本思想為，利用加速度信號探測用戶行走的跨步，采用相關(guān)處理模型估算步長和重磁力傳感器獲得航向角度，推算出行人的位移，速度和方向等信息。PDR模型包含四個子模型：步頻探測（Step Detection）、步長估計（Step Length Esti

17、mation）、航向確定（Heading Determination）和位置計算（Position Calculation）。3.3 步頻探測步頻探測常用的步頻探測算法有：u峰值探測法（Peak Detection）：針對行走過程中身體上半身加速度信號每步呈現(xiàn)的單峰特征，統(tǒng)計固定時間窗口加速度的最大值來實現(xiàn)步頻預測；u零點交叉法（Zero Crossing）：行走時每步總是一個加速和減速的過程，隨著腳后跟離開地面而加速，同一只腳腳后跟著地而減速，所以剔除重力加速度后的運動加速度值有正有負，確定其波形的零點即可探測到跨步的開始和結(jié)束點；u自相關(guān)法：因為加速度信號的周期性，故通過自相關(guān)可以實現(xiàn)對跨

18、步的探測；3.3 步頻探測步頻探測由于智能手機具有特性：u算法的通用性，即步嚴格限制設(shè)備放置在行人身體的位置；u探測算法與步長估計的同步性，探測跨步時，能明確該步的起始和結(jié)束時刻，便于統(tǒng)計特征值；u嵌入式系統(tǒng)，硬件資源的有限性；3.3 步頻探測步頻探測“滑動窗口+峰值探測+零點交叉”算法：平滑處理3.3 步頻探測步頻探測u峰值探測：加速度必須大于一個峰值閥值，避免身體抖動等假動作造成虛探；正常行人步頻13HZ，連續(xù)峰值的時間差必須大于一個時間閥值，消除一步多峰值誤判；3.3 步頻探測步頻探測p滑動窗口N大??？p峰值閥值V大??？ 不同場景：上下坡、路面凹凸不平；心情；身體狀況； 不同人群： 年齡

19、、性別、區(qū)域；3.3 步頻探測步頻探測u零點交叉： 主要判斷加速度波形向上零點交叉的情況(即前一點小于零，當前點大于等于0)，用于確定每步的結(jié)束點和下一個跨步的開始點，便于計算該步的統(tǒng)計特征。3.4 步長估計步長估計3.4 步長估計步長估計 考慮到手機嵌入式系統(tǒng)軟硬件資源有限，不適合人工智能步長模型；線性步長模型相比于非線性步長模型需要一個在線采樣預處理過程，同時在實際的測試結(jié)果中表明非線性步長模型比常數(shù)/偽常數(shù)步長模型精度更高，所有此處采用非線性步長模型處理計算步長。 模型常數(shù)K大小？3.5 航向確定航向確定 行人定位系統(tǒng)中，手機有多中多樣的擺放位置，其自由度比固定在行人驅(qū)干上的傳感器要大得

20、多。本文中將顯示中的手機被用戶攜帶、使用場景歸納為以下四種情形：u指南針模式：用戶穩(wěn)定的握持著手機保持手機屏幕向上，手機指向用戶的前進方向。u打電話模式：用戶使用手機打電話，手機靠近用戶的耳朵和面頰。u口袋模式：手機被放置在用戶的口袋里面。u擺臂模式：用戶拿著手機走動，且手機隨臂擺動。3.5 航向確定航向確定l指南針模式和打電話模式下，手機傳感器的航向角反映了行人的行進方向，并且都是相對穩(wěn)定的。航向角與行進方向之間只差一個固定的偏移，因此可以計算出航向的相對移動。l而在口袋模式和擺臂模式下，航偏角會隨著行人行走的驅(qū)動的擺動而變化，即使行人的行進方向沒有發(fā)生改變，傳感器的航向角度也會不斷的變化，

21、此時不能直接從傳感器的航向角推算行人的行進方向。3.5 航向確定航向確定 每經(jīng)過一步都可以觀測到加速度幅值穿過重力加速度的時刻，在這個時刻行人軀干位置與其在靜止站立的位置是基本相同的、即腿和手臂處于樹直狀態(tài)。那么在此時的傳感器航偏角就可以作為行進方向的參考，因為其與行人的行進方向之間只差一個固定的偏移。3.6虛擬地理圍欄位置虛擬地理圍欄位置計算計算 在本文中主要檢測在GPS信號不可用的時候，用戶是否有離開室內(nèi)外出活動的傾向，來提醒用戶在雨雪天氣攜帶雨傘。通過監(jiān)測用戶是否走出預先設(shè)置的虛擬圍欄區(qū)域，在PDR模型下面，根據(jù)用戶某個時間段中移動的步數(shù)，步長和航向來計算用戶移動的矢量位移。 據(jù)調(diào)查統(tǒng)計

22、發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)環(huán)境中，由于房間的特性，用戶航向可以簡化為 90 、 180 ，給計算帶來很大的方便。4. Beacon近距監(jiān)測算法近距監(jiān)測算法1BLE技術(shù)介紹技術(shù)介紹2RSSI監(jiān)測算法監(jiān)測算法4.1 BLE技術(shù)介紹技術(shù)介紹 Beacon就是一種通過低功率藍牙技術(shù)（Bluetooth Low Energy）實現(xiàn)精確定位的設(shè)備，室內(nèi)放置一個Beacon信號發(fā)射基站，這個基站會創(chuàng)建一個信號區(qū)域，無須用戶主動進行信息搜索，當用戶攜帶著移動設(shè)備進入信號區(qū)域的時候相應的程序便會主動提示用戶是否需要接入這個信號網(wǎng)絡(luò)，之后手機中的應用程序把把用戶離信號發(fā)射裝備的距離劃分為近（near），適中（medium）和遠（

23、far），精確的對用戶進行定位，并且依據(jù)用戶處于的特定情境向他傳達相應的信息。 所以Beacon的實施需要兩個部分的設(shè)備，一是Beacon信號基站，二是用戶手機上的接收裝備，這需要一款安卓4.3以上或者蘋果4s以上并配備藍牙4.0硬件的手機，同時還需要開發(fā)一款APP軟件并安裝到用戶的手機中。Beacon的信息推送并非是Beacon基站完成的，基站只提供位置情況，而信息則是通過手機里面安裝的APP來完成傳達的。4.1 BLE技術(shù)介紹技術(shù)介紹 低功耗藍牙（BLE）是2011年藍牙技術(shù)聯(lián)盟（ BT SIG）發(fā)布的一種全新的藍牙4.0技術(shù)，是當 前可以 用來設(shè)計和使用的功耗最低的短距離無線通訊技 術(shù)。

24、 低功耗藍牙與傳統(tǒng)藍牙技術(shù)有著本質(zhì)的不同， 它為健身醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的無線應用帶來了突破。以盡可能降低功耗方面優(yōu)化，盡管降低了數(shù)據(jù)傳輸速率，但是只需使用一個紐扣電池，BLE便可以連接并擴展各類個人局域網(wǎng)設(shè)備和新一代傳感器，令其可靠的運行若干年。 目前為數(shù)百萬個電子裝置提供低功率連線功能，例如智慧型手表、健身追蹤器、智慧型手機配件和醫(yī)療監(jiān)測器。 透過即將推出的技術(shù)改進，BLE 將更加廣泛地運用在新一代消費性電子產(chǎn)品與新興物聯(lián)網(wǎng)中。4.1.1 BLE體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)主機應用各種應用程序控制器主機控制接口鏈路層物理層通用訪問規(guī)范通用屬性規(guī)范屬性協(xié)議安全管理器邏輯鏈路控制和適配協(xié)議BLE體系

25、結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)4.1.2 廣播與掃描廣播與掃描 兩個低功耗藍牙設(shè)備之間的最基本通訊模型就是廣播（brocasting）和觀察（observing）模型。兩者采用廣播和掃描來傳輸數(shù)據(jù)。4.1.3 廣播廣播主機使用LE Set Advertising Parameters命令來設(shè)置廣播參數(shù)。配置參數(shù)包含廣播的最小時間間隔和最大時間間隔，范圍從20ms10.24s。另外，廣播類型一共有四種，他們分別是：u可連接的非定向廣播：這是一種常見的廣播類型，包括廣播數(shù)據(jù)和掃描響應數(shù)據(jù)，它表示當前設(shè)備可以接收其他任何設(shè)備的連接請求；u可連接的定向廣播：表示設(shè)備僅僅接收某一特定設(shè)備的連接請求，不過不包含廣播數(shù)據(jù)；u

26、可掃描的非定向廣播：發(fā)送廣播數(shù)據(jù)和掃描響應數(shù)據(jù)，用來激活掃描者；u不可連接的非定向廣播：僅僅發(fā)送廣播數(shù)據(jù)。4.1.4 被動掃描被動掃描要接收對端設(shè)備的廣播數(shù)據(jù)，可以使用被動掃描。如圖，可以使用LE Set Scan Parameters命令來進行設(shè)置控制器的掃描參數(shù)，參數(shù)如下：l掃描類型：可設(shè)置為主動或者被動掃描；l掃描間隔：控制器每隔多次時間掃描一次；l掃描窗口：每一次掃描持續(xù)時間間隔；l掃描策略：接收任何的廣播或者僅僅接收白名單設(shè)備的廣播數(shù)據(jù)包。 主機可以使用LE Set Scan Enabled命令啟動掃描。掃描過程中，如果控制器接收到的符合過濾策略和其他規(guī)則的廣播數(shù)據(jù)包，則發(fā)送一個LE

27、 Advertising Report事件給主機。4.1.4 被動掃描被動掃描 除了廣播者的設(shè)備地址UUID外，報告事件中還包含廣播數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)Major和Minor，以及接受廣播數(shù)據(jù)包時的信號強度RSSI和發(fā)送功率TxPower。 我們可以根據(jù)信號強度以及位于廣播數(shù)據(jù)包中的發(fā)射功率，共同確定信號的路徑損耗，從而給出大致的范圍。4.1.5 主動掃描主動掃描 主動掃描不僅可以捕捉到設(shè)備的廣播數(shù)據(jù)包，還可以捕捉到可能的掃描響應包。4.1.6 廣播數(shù)據(jù)廣播數(shù)據(jù)u標識：有限可發(fā)現(xiàn)模式、通用可發(fā)現(xiàn)模式、不支持BR/EDR和設(shè)備同時支持LE和ER/EDR模式；u服務：廣播類型；u發(fā)射功率等級：TXPow

28、er；u從設(shè)備連接間隔時間：u服務請求：u服務數(shù)據(jù)：u制造商指定數(shù)據(jù)：uRSSI數(shù)值：4.1 BLE技術(shù)介紹技術(shù)介紹 Beacon就是一種通過低功率藍牙技術(shù)（Bluetooth Low Energy）實現(xiàn)精確定位的設(shè)備，室內(nèi)放置一個Beacon信號發(fā)射基站，這個基站會創(chuàng)建一個信號區(qū)域，無須用戶主動進行信息搜索，當用戶攜帶著移動設(shè)備進入信號區(qū)域的時候相應的程序便會主動提示用戶是否需要接入這個信號網(wǎng)絡(luò)，之后手機中的應用程序把把用戶離信號發(fā)射裝備的距離劃分為近（near），適中（medium）和遠（far），精確的對用戶進行定位，并且依據(jù)用戶處于的特定情境向他傳達相應的信息。 所以Beacon的實施

29、需要兩個部分的設(shè)備，一是Beacon信號基站，二是用戶手機上的接收裝備，這需要一款安卓4.3以上或者蘋果4s以上并配備藍牙4.0硬件的手機，同時還需要開發(fā)一款APP軟件并安裝到用戶的手機中。Beacon的信息推送并非是Beacon基站完成的，基站只提供位置情況，而信息則是通過手機里面安裝的APP來完成傳達的。4.2 Beacon近距監(jiān)測算法近距監(jiān)測算法 BLE為近距監(jiān)控物體，提供了極大的便利，在室內(nèi)能夠?qū)崟r監(jiān)控50m內(nèi)的物體。不同于Wi-Fi，RFID，ZigBee等技術(shù)，低功耗藍牙具有硬件成本低，系統(tǒng)布置簡易，維護成本小，智能手機都支持藍牙具有應用性廣等特點，因此，我們只需要在雨傘裝置內(nèi)置一個BLE模塊，即可在終端智能手機監(jiān)控用戶是否隨身攜帶雨傘。4.2 Beacon近距監(jiān)測算法近距監(jiān)測算法 發(fā)送器和接收器之間的射頻信號將隨著通信距離的增加而逐漸衰減。射頻信號的傳播會受到多路徑、非視距等諸多因素的影響，衰減量也會因傳輸環(huán)境的不同而發(fā)生變化。在考慮到這些因素的情況下，信號傳播可以按照對數(shù)正態(tài)分布進行建模。在建模方面，Shadowing 模型可以精確地描述實際信號傳播，并且已經(jīng)應用于許多定位系統(tǒng)中。4.2 Beacon近距監(jiān)測算法近距監(jiān)測算法u獲取獲取RSSI AltBeacon每