蓝牙定位技术简介（新手必看）
蓝牙是公共领域常见的短距离无线通信技术。
基于蓝牙的室内定位（以下简称蓝牙定位）是一种很有前景的定位服务技术，因为它具有成本低、扫描响应快、功耗低、易于部署的优点，并且可以在移动电话中使用。因此，蓝牙定位系统也引起了研究人员的关注。
蓝牙定位的基本原理是，在待测环境下事先布置好蓝牙局域网接入点，然后配置好相应的网络连接模式，这样就能在网络中得到各个节点的位置信息，从而达到定位的效果。
蓝牙具有更好的电源效率和更快的扫描响应；可以实现 30~50Hz 的更新。假设定位的计算时间小于扫描时间，则蓝牙定位系统的响应时间等于扫描时间。蓝牙设备的低功耗使频率为 10Hz 的蓝牙信标可以使用纽扣电池运行超过一年。
在定位精度方面，与其他技术相比，蓝牙定位系统的精度仍然较低。据实验结果表明，蓝牙定位系统的最大定位误差为 8m，平均定位误差为 3.8m，但是由于蓝牙信标价格便宜且易于部署，因此可以密集部署以提高定位精度。
蓝牙技术最初的目标是取代手机、笔记本电脑等数字设备上的有线连接方式，实现短距离无线通信。但随着版本的更迭，蓝牙体积小、功耗低的特点已使其不再只用于移动终端的外设，它几乎可以集成到任何数字设备中，如蓝牙耳机、运动手环等。
蓝牙技术的特点可归纳为以下几项：
该方案将 2.402~2.48GHz 的频段分成 79 个间隔 1MHz 的频点，正常状态下的跳频速率为 1600次/s，频点的排列顺序是伪随机的，查询状态下的跳频速率为 3200次/s。
此外，基带采用了三种检纠错方式来进行差错控制：1/3前向纠错编码，2/3前向纠错编码与自动重传机制。
蓝牙基带共有四种链接模式：活跃（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。以上四种模式消耗的功率依次减小，而设备响应时间依次增加。通过调整蓝牙设备的基带链接模式，可以降低功耗。
自适应发射功率控制是指通过从属设备来检测接收信号的强度，当其小于最低阈值时，从属设备可请求主控设备增大发射功率；反之，当其大于某个标定的阈值时，从属设备同样向主控设备发出请求，要求减小发射功率。
因此，蓝牙定位的特点如下：
基于位置几何关系的定位主要依靠三角函数与数学算法，先通过测量获得用户终端与信标之间的位置关系，以及无线信号传输过程中的相关参数，然后通过几何计算构建函数模型，最终获得用户位置。
基于场景特征分析的定位一般分为两个阶段，分别是离线阶段与在线阶段：
如今，许多智能手机、平板电脑内都装有蓝牙芯片，在使用时操作简单快捷，使蓝牙定位技术更容易实现和推广。蓝牙 5.0 版本在信号的传输距离、传输速率、稳定性方面都有了可观的提升，同时，蓝牙定位的损耗、成本进一步降低。即使遇到突发大面积停电的状况，蓝牙信标仍可正常工作，且电池寿命很长，因此，蓝牙定位技术可为一些有风险的场所如井下区域提供定位服务。
基于蓝牙的室内定位（以下简称蓝牙定位）是一种很有前景的定位服务技术，因为它具有成本低、扫描响应快、功耗低、易于部署的优点，并且可以在移动电话中使用。因此，蓝牙定位系统也引起了研究人员的关注。
蓝牙定位的基本原理是，在待测环境下事先布置好蓝牙局域网接入点，然后配置好相应的网络连接模式，这样就能在网络中得到各个节点的位置信息，从而达到定位的效果。
蓝牙具有更好的电源效率和更快的扫描响应；可以实现 30~50Hz 的更新。假设定位的计算时间小于扫描时间，则蓝牙定位系统的响应时间等于扫描时间。蓝牙设备的低功耗使频率为 10Hz 的蓝牙信标可以使用纽扣电池运行超过一年。
在定位精度方面，与其他技术相比，蓝牙定位系统的精度仍然较低。据实验结果表明，蓝牙定位系统的最大定位误差为 8m，平均定位误差为 3.8m，但是由于蓝牙信标价格便宜且易于部署，因此可以密集部署以提高定位精度。
蓝牙技术最初的目标是取代手机、笔记本电脑等数字设备上的有线连接方式，实现短距离无线通信。但随着版本的更迭，蓝牙体积小、功耗低的特点已使其不再只用于移动终端的外设，它几乎可以集成到任何数字设备中，如蓝牙耳机、运动手环等。
蓝牙技术的特点可归纳为以下几项：
1) 全球通用
蓝牙工作在 2.4GHz 的 ISM（工业、科学、医学）频段，全球大多数国家的 ISM 频段范围为 2.4~2.4835GHz，使用该频段无须申请许可证，且无须频段费用。2) 安全性高
蓝牙协议将设备的鉴权及链路数据流加密所需的安全算法与处理过程定义在基带部分。蓝牙设备的鉴权过程是强制的，而链路数据流的加密则可以选择。蓝牙 4.0 版本使用了 AES-128 加密算法，通过对数据包进行严格的加密和认证，充分提高了设备通信的安全性。3) 抗干扰能力强
ISM 频段对所有无线电系统都开放，因此微波炉、WLAN 等都可能成为干扰源。为此，蓝牙设计了跳频技术（Frequency-Hopping Spread Spectrum，FHSS）方案以确保链路稳定。该方案将 2.402~2.48GHz 的频段分成 79 个间隔 1MHz 的频点，正常状态下的跳频速率为 1600次/s，频点的排列顺序是伪随机的，查询状态下的跳频速率为 3200次/s。
此外，基带采用了三种检纠错方式来进行差错控制：1/3前向纠错编码，2/3前向纠错编码与自动重传机制。
4) 功耗低
蓝牙主要采用了两种方式来实现功率控制：调整基带链接模式及自适应发射功率控制。蓝牙基带共有四种链接模式：活跃（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。以上四种模式消耗的功率依次减小，而设备响应时间依次增加。通过调整蓝牙设备的基带链接模式，可以降低功耗。
自适应发射功率控制是指通过从属设备来检测接收信号的强度，当其小于最低阈值时，从属设备可请求主控设备增大发射功率；反之，当其大于某个标定的阈值时，从属设备同样向主控设备发出请求，要求减小发射功率。
因此，蓝牙定位的特点如下：
- 优点：结构简单，设备体积小，易集成、推广，功耗低，成本低。
- 缺点：传输距离有限，节点较少。
- 定位精度：2~10m。
- 适用场景：蓝牙的终端以蓝牙手环居多，蓝牙定位主要用于商城定位、医院定位、物品防丢、娱乐场所定位、微信摇一摇等，还可基于蓝牙安装 App，通过相对定位实现疫情下的接触跟踪。
蓝牙定位系统的相关协议
蓝牙定位系统的协议体系结构由蓝牙底层模块、中间协议层和高端应用层构成。1) 蓝牙底层模块
蓝牙底层模块包含在使用蓝牙技术的设备中，主要由链路管理层、基带层和蓝牙射频组成：- 蓝牙射频通过 2.4GHz 的 ISM 频段实现数据流的过滤及传输；
- 基带层提供了同步面向连接的链路和异步无连接链路，负责跳频和蓝牙数据的传输，并为数据包提供前向纠错码或循环冗余校验；
- 链路管理层主要实现设备间链路的建立与拆除，同时负责链路的安全和控制。蓝牙定位系统协议中软硬件的接口为蓝牙主机控制器接口，通过它才能实现上下两个模块之间的消息与数据传递。
2) 中间协议层
中间协议层由逻辑链路控制和适配协议、服务发现协议、串口仿真协议及电话控制协议组成。其中：- 逻辑链路控制和适配协议是蓝牙定位系统协议的可信组成部分，主要完成数据拆装、服务质量控制及协议复用等功能；
- 服务发现协议基于客户机/服务器结构，负责为上层应用程序提供一种机制，从而发现可用的服务及其相应属性；
- 串口仿真协议提供RS-232的控制和状态信号，为上层业务提供传送能力；
- 电话控制协议属于控制信令，帮助蓝牙设备之间建立语音与数据呼叫。
3) 高端应用层
高端应用层由选用协议层组成，对应了各种应用模型的剖面，属于剖面的一部分。蓝牙定位技术现状
目前蓝牙定位方法总体分为两类，基于位置几何关系的定位与基于场景特征分析的定位。基于位置几何关系的定位主要依靠三角函数与数学算法，先通过测量获得用户终端与信标之间的位置关系，以及无线信号传输过程中的相关参数，然后通过几何计算构建函数模型，最终获得用户位置。
基于场景特征分析的定位一般分为两个阶段，分别是离线阶段与在线阶段：
- 离线阶段将整体定位区域均匀划分为数个网格点。每个网格点均收集该点特有的场景特征，如 RSS，将其作为该点独一无二的“指纹”。将定位区域内所有点的指纹收集起来建立指纹库；
- 在线阶段将用户终端在随机位置采集的 RSS 值与指纹库进行比对，再根据一定的匹配算法计算用户的实际位置。
如今，许多智能手机、平板电脑内都装有蓝牙芯片，在使用时操作简单快捷，使蓝牙定位技术更容易实现和推广。蓝牙 5.0 版本在信号的传输距离、传输速率、稳定性方面都有了可观的提升，同时，蓝牙定位的损耗、成本进一步降低。即使遇到突发大面积停电的状况，蓝牙信标仍可正常工作，且电池寿命很长，因此，蓝牙定位技术可为一些有风险的场所如井下区域提供定位服务。
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