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基于移动设备的室内定位系统
王婷婷*
作者简介：王婷婷（1988—），女，软件工程
（北京交通大学软件学院，北京 100044）
摘要：利用随处可见的蓝牙设备，本文提出了一个手机上的基于WEB网络的系统架构，就
像在微博上可以随时查看好友信息类似，用户通过“follow”其他人，就可以分享彼此的位置
信息。我们在一栋大型建筑物里演示了系统原型：利用大型建筑里已有的室内定位服务建立
了一个区域内蓝牙设备的数据库，包含有每个设备最后一次被监测到的位置信息。用户用唯
一的蓝牙 ID号查询这个数据库，可以和同伴们分享当前彼此的位置。
关键词：室内定位；移动设备；蓝牙
中图分类号：TN92
Indoor Positioning System Based on Mobile Equipments
Wang Tingting
(Beijing jiaotong university academy of Software, Beijing 100044)
Abstract: We leverage the ubiquity of bluetooth-enabled devices and propose a decentralized,
web-based architecture that allows users to share their location by following each other in the style of
Microblog. We demonstrate a prototype that operates in a large building which generates a dataset of
detected bluetooth devices, including the respective location where they were last then
query the dataset using their unique bluetooth ID and share their current location with their followers
by means of unique URIs that they control.
Key words: Indoor locating;Mobile equipment;Bluetooth
0 引言
位置共享在户外环境下研究的很多；一些基于 Web 的服务如谷歌 Latitude，
Foursquare和 Brightkite，都提供了某些社交场合下的位置共享功能。但这些服务经常受到一
些隐私问题的困扰，它们的用途也因为缺少网络效果和服务零碎问题而受到质疑。
当一种室内环境足够大，以至于对其中的物体或人物的定位变得很困难的时候，位置分
享的作用就显现出来了。这种室内环境可以是学校[1] ,大型企业，博物馆、大型体育场馆、
机场、展厅、写字楼、仓库、地下停车场，商场等[2]。 这种环境中的人越多，他们的移动
性越大，也更加能够体现对其中某些员工或学生进行定位的巨大作用。
室内位置分享一直是一个重要的研究内容，而实现它并不一定要解决网络效果和服务零
碎问题。只需要简单的告诉大楼里的人们我们在楼里提供了这项服务，就会让室内位置分享
变得更有吸引力。我们设计的系统关注以下几个特点：
z 简单： 我们需要最小化这项服务需要的硬件和软件，以便于室内定位的分析。最理
想情况下，我们希望用户不必携带任何额外的硬件，也不用安装任何软件。
z 隐私安全：使用我们的系统不应该引起任何新的隐私问题或者需要用户做出任何保
密保证。
据此，我们提出的解决方案是一个两层架构，提供室内环境中的位置分享功能并满足上
述两项需求。首先，我们在大楼里构建一个数据库，收集楼内蓝牙用户的位置信息，然后，
每个用户都可以通过查询该数据库去定位朋友或是分享自己的位置信息。虽然大楼里维护着
一个蓝牙设备实时位置信息的数据库，但它并不知道这些设备都各属于哪些用户。然而，想
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知道这些设备和用户之间的关系并不是不可能，因为为了追踪定位楼里的用户很多大型建筑
物里都早已经有了这方面的应用，所以我们的系统不会因此引入新的隐私问题。在这种极端
情况下，用户可以考虑使用一次性设备 ID，不过这就不是本文的内容了。
1 系统概述
本系统架构包括一个由大楼提供的设备定位服务[3]和一个位置推理与分析服务。后者是
用户端手机上的应用。每个用户都有独一无二的 URI 标志符，就像微博用户都有一个独一
无二的主页一样。只要他们的 URI 不变，这些服务就不需要在同一台服务器上运行。大楼
已有的服务提供设备位置信息，而用户端服务则利用这些信息创建和分享用户新的位置信
息，两个服务之间的明显区分可以带来如下优势：
z 系统把设备位置服务交给大楼已有的服务，同时把用户位置的推理和分享放置在独
立于用户手机之外的WEB服务上，通过浏览器就能访问，从而简化了用户需要的
设备复杂性。
z 在一个可信环境（如家里）中存储和管理他们的位置信息，用户不需要把他们的这
些信息存储在第三方的集中式服务中。
2 系统架构
楼内设备定位服务
大楼内的设备定位服务很简单，它由一组蓝牙扫描仪通过以太网或WiFi连接到一个中
央服务器上，该服务器从每个扫描仪处接收阶段性蓝牙设备扫描结果。我们使用 Sheeva 壁
插式计算机作为蓝牙扫描仪。服务器提供的基于WEB的 API可以支持以下针对位置信息数
据库的查询操作：
1． 根据 ID（MAC地址）或名字获取某个指定蓝牙设备的信息，如最后一次监测到它
的扫描仪信息和相应的接收信号强度（RSSI）。
2． 获取当前在工作的所有扫描仪列表，包括它们位置的文字描述和配置信息，如它
们的报告频率等。
用户使用服务
这套 API提供的功能，使得用户在知道自己蓝牙的 ID后可以方便地开启位置分享服务。
通常情况下，用户想要记住自己蓝牙设备的 ID是很困难，甚至是不可能的，但是设置蓝牙
设备的名字却相对简单些。根据自己设备的名字在大楼提供的服务里进行查询，用户就可以
查到设备对应的 ID并开启自己的位置分享服务了。
扫描定位原理
扫描仪将每个移动蓝牙设备的 ID 号和自身的 ID 号传送到网关（每座楼安装了一个网
关），然后通过以太网连接与服务器软件相连。在每个房间里都安装一台扫描仪，在走廊里，
每隔 20米也安装一台扫描仪。每个 ID号对应一个用户，基于扫描仪从移动设备接收到的强
有力的信号，可以确定用户位于哪个房间或走廊的哪个位置。采用该技术作室内短距离定位
时容易发现设备且信号传输不受视距的影响。
扫描仪每隔 10秒扫描一下可检测范围内的新设备，并且经测试显示，当扫描仪周围有
中等数量的蓝牙设备时（最多 20个左右），需要 3次连续扫描才能监测到一个新设备。结
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果就是，数据库中更新一个新设备的信息的延迟大概是 10-30秒。
图 1 扫描定位原理示意图
用户位置分享服务
每个位置分享服务的实例代表一个用户，有一个唯一的 URI，所以两个不同的服务可能
是运行在不同的服务器上的。这些服务的两项主要任务是：
1． 根据用户的设备 ID查询并取出它的位置信息。这项操作只在用户需要时进行并且
会把结果缓存 1分钟。
2． 允许用户和他的朋友分享自己的位置信息，并能够访问到他“follow”的用户的位置
信息。这种位置分享模式是模仿微博中用户查看别人的微博的方式，只不过在本系
统中，用户的“微博”代表的是用户的位置变动情况。
用户开启服务
用户只需要提供自己蓝牙的 ID就能完成服务的配置。大楼提供的服务简化了这一过程，
因为用户可以方便的用蓝牙的名字查询到对应的 ID。然后，用户交换“follow”请求并选择是
否自动接受接收到的“follow”请求。只有互相接受对方的“follow”请求的用户才能访问彼此的
位置信息。
工作原理
每个用户服务实例之间交换的更新信息是 JSON 数据格式的，而提供的用户界面是
HTML 格式的。使用支持蓝牙和有上网功能的设备，用户能够很简单的通过浏览器分享和
访问室内环境下朋友们的位置信息。
图 2 系统整体设计图
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而图 3是系统构架视图，包括设备扫描服务，壁插式计算机向扫描服务汇报收集到的信
息，两个用户服务实例分别由一个蓝牙手机代表。
两个用户间的位置分享过程是：用户 1向用户 2发出“follow”请求。用户 2接受后，用
户 1和用户 2成为“好友”关系。他们会出现在彼此手机端界面上好友列表中，就像在微博上
查看好友微博和更新自己微博一样，他们通过浏览器，在数据库的支持下，访问彼此的位置
信息。
图 3 系统架构图
图 4是用户位置分享服务的组织结构。服务的核心组件负责处理身份验证和其余模块对
数据库的抽象访问。核心组件之上的的模块数量是不定的，它们则负责处理对用户简介信息
的访问，管理用户和其他用户之间的“跟随”关系并根据“好友”模块存储的关系列表从位置信
息服务中获取其他用户的位置信息。
图 4 用户终端服务的组织结构
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用户界面部分是一个 HTML格式的页面，并允许用户根据自己的喜好重新描述自己的位
置（如把“515房间”改成“在办公室”）。
3 结论
我们提出的这套系统唯一需要的硬件就是网络蓝牙扫描器，价格区间 300-700，所以整
个方案的花费是相当低的。而本系统依赖的大型室内定位服务，不论是城市范围[4]的还是室
内环境[5,6]中的研究都取得了显著的应用实效。但在所有情况下，用户位置信息需要被存储
在一个集中的数据库，然后才能在用户中共享。 这种限制引起了人们对隐私问题的担心，
用户通常不愿透露自己的位置给第三方。本系统中，用户是通过分布式的方式存储和分享自
己的位置信息，从而解决了这一问题。
[参考文献] (References)
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[2] 陈永光，李修和．基于信号强度的室内定位技术[J]．电子学报, 2004, 32(9): 1456～1458．
[3] Lionel M N, Liu Y H, Lau Y C, et al．LANDMARC: Indoor location sensing using active RFID[J]．Wireless
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[4] C. Amick. An architecture for socially mobile collaborative sensing and its implementation. Master's thesis,
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[5] I. Chronis, A. Madan, and A. S. Pentland. Socialcircuits: the art of using mobile phones for modeling personal
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[6] D. Quercia and L. Capra. Friendsensing: Recommending friends using mobile phones. In RecSys '09:
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2009. ACM.
