论文部分内容阅读
摘要：随着公共安全对人员之间接触密度需求的不断增长，基于智能传感网络的人员接触性信息采集应用逐渐兴起并发展。根据人际的物理交往会有位置靠近和时间逗留的特点，无线广播式的信息交换成为常用的接触记录点采集媒介。本文设计了一种基于蓝牙5.0低功耗信标收发的人员接触频度汇记方法，通过交换身份数据、测量信号强度，获取人员的位置距离；针对多边数据交换的时间持续度、区域聚量度、陌生点耦合等特性，提出了XS-V亲密度算法；利用XS-1的奇异点过滤技术，显著提高了接触有效点判别正确率。实验测试表明，本文提出的蓝牙低功耗信标收发人员接触频度汇记方法，判定亲密点准确、亲密度量值区分度高，能够完成时间在10s内接触点2-50的亲密度定量汇计。
关键词：蓝牙传输；信号强度；數据采集
一、引言
2020年初世界各地陆续爆发了新型冠状病毒（2019-nCoV）疫情，在中国，此时正值中国春运期间，各地区人员流动量很大。为了防止疫病的快速传播，武汉市于2020年1月23日上午10时做出了全市严格的临时交通管制决定。
疾病的传播离不开人员的接触，在全国防疫狙击战中，严控人员接触、疏散密集人群是其中的重要一环。由于新型冠状病毒有7-14天的潜伏期，潜伏期内具有不明确的传染性，而潜伏期内的人员外观表现与健康的人员无异，因此如何排查出病毒携带者并梳理出带病毒人员的接触情况成为紧急需要解决的问题。
随着大数据统计的兴起与发展，人员之间的接触频度可以由软件的方式获取。通过全面采集人员之间的通信数据，结合人员自身登记的基本数据、交通出行数据、就医登记数据等，建立软件数据模型筛选有效信息，明确人员关系并得出人员接触情况数据统计。如2020年1月29日，由阿里巴巴工程师开发的“浙江省新型肺炎防控公共服务管理平台”，在第一时间通过信息交集搜索可以获取到“新型肺炎患者同行程查询”。
另一方面，人员的接触也可以由传感采集直接获取。短距离无线通信可以作为采集人员接触频度的一种有效媒介。目前社会上短距离无线通信有WLAN、红外、蓝牙、Lora较为常用，它们是支撑现代网络通信的最后一节。根据人员接触采集的需求，使用无线短距离通信终端作为采集器要对距离变化敏感度高。相比较WLAN、红外、Lora三种无线信息收发方式，蓝牙通信对距离变化最为敏感，因此使用蓝牙终端收发采集人员接触频度最为合适。
二、信号强度采集模型
三、测试仿真统计
本文亲密度的实验在湖北省武汉商学院内进行，具体实验场所为学校内部的南区2号教学楼（J-2）、北区观湖苑6号教学楼（J-1）、北区1号食堂（S-1），实验场地位置坐落图如下所示 图3-1。
实验参与人员有35名，包括30名2016级物联网工程班学生、5名信息工程学院教师，均携带蓝牙收发一体终端。在场地J-2、J-1、S-1位置安装了固定中转设备，收集终端采集到的人员亲密度数据及经过该点的时间信息。采集终端核心硬件选用stm32F103ZET6处理器、HC-42蓝牙5.0模块、4G无线模块。蓝牙外射广播功率 为10 d Bm，收发模块切换时间为2min，发送模式信号重发时间间隔为0.1S（100 ms），接收模式信号重扫描时间间隔为 200ms。
首先进行两点距离测定评估实验，所在环境为南2教学楼一间18×18m2的实验教室，关闭所有其它无线设备，固定一个蓝牙终端Bterm1的位置，然后另一终端Bterm2在距离Bterm1终端0.5m、1m、1.5m、2m...10m的位置，每次停留大于2min的时间。两个终端控制器载入制式的程序，该程序无最低信号强度的阈值判断，记录蓝牙接收信号强度数据。本组测试完成后更换两个新终端继续按上述环节测试，重复10组。实验结果如图3-2所示：
从图3-2的曲线图可以得出，蓝牙终端接收到的信号随收发两端的距离增加而迅速衰减，同型号的终端接收信号强度波动性率不大，其中A为信号发射强度，B为距离2m的接收强度，C为距离5m的接收强度。蓝牙信号在0-2m范围内信号衰减率低，2-8m信号强度与距离成指数级衰减。利用此规律，测定C强度为人员有人际接触的判断阈值，B为接收强度最高量，即8位数据实际信号强度记录范围为C--B，信号强度分辨率为（B-C）/255。
四、结语
本文提出一种基于蓝牙收发的人员亲密度计算采集方法，首先设计了信号强度采集模型，并使用高斯分布过滤提高了信号强度数据的可靠性，然后确定了亲密度定义及计算方式，通过加权分配调整了亲密度数值的不均衡性，设计了蓝牙广播收发的传输包格式，解决了多人接收的强信号垄断问题，最后通过测试对设计进行了验证。测试结果表明该设计能够完成在30个结点内亲密度的采集分析任务，佐证了本文亲密度研究设计的合理性。人员亲密度的研究在社会上刚起步，实用性的对比案例较少，后续我们会在无线传输上尝试新的采集途径，并在亲密度精准性上进一步优化，逐步推广亲密度的应用。
参考文献：
[1] 吴璇，薛峰，余敏.基于蚁群算法的支持向量机室内蓝牙标定定位[J].江西师范大学学报（自然科学版），2020（02）.
[2] 王勇，赵丽红，杨四化，等.基于蓝牙智能手环与Beacon基站的马拉松计时系统[J].电子世界，2017（13）.
[3] 梁斌，林美娇，何海军.低功耗蓝牙DA14585的无线传感器网络应用分析[J].电子测试，2020（05）.
[4] 赵帅豪，王坚.一种基于低功耗蓝牙的室内定位技术[J].北京测绘，2020（02）.
[5] 王莹.本土蓝牙芯片厂商的市场策略：锁定特定领域，提供特色解决方案[J].电子产品世界，2020，27（02）.
[6] 秦玉海，陈杰，康小彤.蓝牙嗅探方案的探讨[J].科技传播，2017（17）.
[7] 张莲，刘增里，李云昊，等.基于蓝牙技术的室内二阶段定位算法研究[J].电子世界，2017（18）.
基金项目：武汉市教育科学规划课题--基于物联网的数字化校园构建及应用研究（项目编号：2017C162）
作者简介：亓相涛（1985—），男，山东济南人，硕士研究生，讲师，研究方向：物联网工程、嵌入式系统设计；阮涵（2000—），男，湖北黄冈人，本科，研究方向：物联网工程。
关键词：蓝牙传输；信号强度；數据采集
一、引言
2020年初世界各地陆续爆发了新型冠状病毒（2019-nCoV）疫情，在中国，此时正值中国春运期间，各地区人员流动量很大。为了防止疫病的快速传播，武汉市于2020年1月23日上午10时做出了全市严格的临时交通管制决定。
疾病的传播离不开人员的接触，在全国防疫狙击战中，严控人员接触、疏散密集人群是其中的重要一环。由于新型冠状病毒有7-14天的潜伏期，潜伏期内具有不明确的传染性，而潜伏期内的人员外观表现与健康的人员无异，因此如何排查出病毒携带者并梳理出带病毒人员的接触情况成为紧急需要解决的问题。
随着大数据统计的兴起与发展，人员之间的接触频度可以由软件的方式获取。通过全面采集人员之间的通信数据，结合人员自身登记的基本数据、交通出行数据、就医登记数据等，建立软件数据模型筛选有效信息，明确人员关系并得出人员接触情况数据统计。如2020年1月29日，由阿里巴巴工程师开发的“浙江省新型肺炎防控公共服务管理平台”，在第一时间通过信息交集搜索可以获取到“新型肺炎患者同行程查询”。
另一方面，人员的接触也可以由传感采集直接获取。短距离无线通信可以作为采集人员接触频度的一种有效媒介。目前社会上短距离无线通信有WLAN、红外、蓝牙、Lora较为常用，它们是支撑现代网络通信的最后一节。根据人员接触采集的需求，使用无线短距离通信终端作为采集器要对距离变化敏感度高。相比较WLAN、红外、Lora三种无线信息收发方式，蓝牙通信对距离变化最为敏感，因此使用蓝牙终端收发采集人员接触频度最为合适。
二、信号强度采集模型
三、测试仿真统计
本文亲密度的实验在湖北省武汉商学院内进行，具体实验场所为学校内部的南区2号教学楼（J-2）、北区观湖苑6号教学楼（J-1）、北区1号食堂（S-1），实验场地位置坐落图如下所示 图3-1。
实验参与人员有35名，包括30名2016级物联网工程班学生、5名信息工程学院教师，均携带蓝牙收发一体终端。在场地J-2、J-1、S-1位置安装了固定中转设备，收集终端采集到的人员亲密度数据及经过该点的时间信息。采集终端核心硬件选用stm32F103ZET6处理器、HC-42蓝牙5.0模块、4G无线模块。蓝牙外射广播功率 为10 d Bm，收发模块切换时间为2min，发送模式信号重发时间间隔为0.1S（100 ms），接收模式信号重扫描时间间隔为 200ms。
首先进行两点距离测定评估实验，所在环境为南2教学楼一间18×18m2的实验教室，关闭所有其它无线设备，固定一个蓝牙终端Bterm1的位置，然后另一终端Bterm2在距离Bterm1终端0.5m、1m、1.5m、2m...10m的位置，每次停留大于2min的时间。两个终端控制器载入制式的程序，该程序无最低信号强度的阈值判断，记录蓝牙接收信号强度数据。本组测试完成后更换两个新终端继续按上述环节测试，重复10组。实验结果如图3-2所示：
从图3-2的曲线图可以得出，蓝牙终端接收到的信号随收发两端的距离增加而迅速衰减，同型号的终端接收信号强度波动性率不大，其中A为信号发射强度，B为距离2m的接收强度，C为距离5m的接收强度。蓝牙信号在0-2m范围内信号衰减率低，2-8m信号强度与距离成指数级衰减。利用此规律，测定C强度为人员有人际接触的判断阈值，B为接收强度最高量，即8位数据实际信号强度记录范围为C--B，信号强度分辨率为（B-C）/255。
四、结语
本文提出一种基于蓝牙收发的人员亲密度计算采集方法，首先设计了信号强度采集模型，并使用高斯分布过滤提高了信号强度数据的可靠性，然后确定了亲密度定义及计算方式，通过加权分配调整了亲密度数值的不均衡性，设计了蓝牙广播收发的传输包格式，解决了多人接收的强信号垄断问题，最后通过测试对设计进行了验证。测试结果表明该设计能够完成在30个结点内亲密度的采集分析任务，佐证了本文亲密度研究设计的合理性。人员亲密度的研究在社会上刚起步，实用性的对比案例较少，后续我们会在无线传输上尝试新的采集途径，并在亲密度精准性上进一步优化，逐步推广亲密度的应用。
参考文献：
[1] 吴璇，薛峰，余敏.基于蚁群算法的支持向量机室内蓝牙标定定位[J].江西师范大学学报（自然科学版），2020（02）.
[2] 王勇，赵丽红，杨四化，等.基于蓝牙智能手环与Beacon基站的马拉松计时系统[J].电子世界，2017（13）.
[3] 梁斌，林美娇，何海军.低功耗蓝牙DA14585的无线传感器网络应用分析[J].电子测试，2020（05）.
[4] 赵帅豪，王坚.一种基于低功耗蓝牙的室内定位技术[J].北京测绘，2020（02）.
[5] 王莹.本土蓝牙芯片厂商的市场策略：锁定特定领域，提供特色解决方案[J].电子产品世界，2020，27（02）.
[6] 秦玉海，陈杰，康小彤.蓝牙嗅探方案的探讨[J].科技传播，2017（17）.
[7] 张莲，刘增里，李云昊，等.基于蓝牙技术的室内二阶段定位算法研究[J].电子世界，2017（18）.
基金项目：武汉市教育科学规划课题--基于物联网的数字化校园构建及应用研究（项目编号：2017C162）
作者简介：亓相涛（1985—），男，山东济南人，硕士研究生，讲师，研究方向：物联网工程、嵌入式系统设计；阮涵（2000—），男，湖北黄冈人，本科，研究方向：物联网工程。