2016国创项目申请书创新

项目级别项目编号大学生创新创业训练计划项目申请书（创新训练项目）项目名称：基于Beacon的室内定位及导航项目负责人：指导老师：所在院系： 电子工程学院研究起止时间： 年月至年月西安电子科技大学教务处

二。一六年十月制填表说明一、填写申请书前，请先查阅教务处网站关于国家级大学生创新创业训练项目管理办法及申请通知。二、申请书的各项内容，要实事求是，表达要明确、严谨。第一次出现的缩写词，需注出全称。三、《项目申请书》要按顺序逐项填写，空缺项要填“无”。要求一律用A4纸双面打印，于左侧装订成册。可网上下载、自行复印或加页，但格式、内容、大小均须与原件一致。电子版填表字体用小四号宋体，单倍行距，申请书一式五份交到各学院办公室。四、《项目申请书》中栏目“一至九”由学生填写，栏目“十至十二”由教师填写，栏目“十三、十四”由项目负责人所在学院填写。项目名称项目来源□导师课题□自主选题 □竞赛项目 □其它来源申请经费（范围2000-10000元）项目完成时间耳1姓名学号性别身份证号码专业班级手机E-mail队人团I

一、项目组成员情况介绍（包括自身具备的知识条件，有何特长、兴趣，参加哪些科技事件创新活动等）二、项目研究背景（可以是已有的基础，与本项目有关的研究积累和已取得的成绩，已具备的条件，尚缺少的条件及方法等）目前我们已大致具备设计与改装简易iBeacon基站及其数据传输存储的能力，有能力进行蓝牙4.0信号测距与RSSI信号的采集，有能力通过iBeacon通信模块进行数据的传输与反馈，现缺少对数常态优化模型对应的算法程序、iBeacon基站相互通信模块、“路标”导航算法程序与iBeacon基站群的分布和连接设计，对iBeacon基站工作原理不太熟悉，对基站分布的拓扑结构不太了解以及缺少整机功能调试的经验。需要加上图片三、国内外的研究现状及研究意义针对分簇协议中存在的簇头随机选择和簇间通信代价大的问题，提出了能量均衡消耗的分簇路由协议。离基站越近的节点，中继的数据包越多，消耗的能量就越多，该节点很快因能量耗尽而死去,从而使网络无法完全覆盖引起整个系统寿命很短。由此可得，节点的能量有85%以上是消耗在无线通讯中，所以人们常常通过将数据进行压缩处理，以达到减少转发的数据量，降低采集数据的冗余度,降低节点能量消耗同时更有效利用无线信道带宽，避免数据传输中的“拥塞”问题，传统的数据压缩方法压缩率一般在50—60%。四、项目研究的目标及主要内容本次iBeacon基站先以小型磁铁吸附性iBeacon基站为原型机（后期将进行改进设计、增加通信模块），以基于蓝牙4.0BLE协议的手机APP端为交互单元，以厘米级高精度定位导航为最终目标，最终实现大型多层商场定位导航（包括特定人、特定物品的定位导航）及广告推送服务。一、信号机制采用低功耗蓝牙信号作为信号传输媒介。它具有极低的运行和待机功耗、自适应跳频串扰小、时间延迟短、数据传输安全、辐射范围比传统蓝牙广等优点。由于对数常态分布是经过分析以及经验而总结出来的信号传输模型，更加适用于实际传播路径损耗，所以我们在对数常态分布模型基础上进行优化，以期得到更高的定位精度，本次定位系统工作在2400—2483.5MHz。测距所用的参数主要是RSSI。二、定位原理为了消除设备间异构性，我们对多个iBeacon基站信标节点在不同采样点统一采样，并将采集到的数据输入到训练算法；为解决实际环境中信号传播易受干扰、消除小概率短时扰动，我们使用高斯滤波模型拟合RSSI在实际环境中的分布，过滤掉概率较小的RSSI的值；为提高测距性能的准确性和鲁棒性、减小信号随机性带来的误差，我们对信号传播曲线进行分段拟合并采用卡尔曼实时离散过滤器去除数据中的突变数据和噪声波动，从而对信号进行加权滑动窗口的平滑处理。沿AC方向飞行直至AE与CE的相位差为0（同时也满足hOE），此时即可降落（如图4所示）。（需要更换内容图片）图3-立体图 图4-俯视图三、通信机制将目标节点的位置信息以蓝牙信号为媒介反馈给用户。它的特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。借鉴杜克大学通过航位推算获得路标的位置、通过路标的位置来修正用户的运动轨迹的“路标”思想，将iBeacon基站布置在室内环境中作为路标，基站可与邻近基站交换信息,每个基站管理一份记录着本基站到其它基站所经下一个基站的UUID及前往下一个基站的路径表。基站只负责本区域内导航定位服务。当用户寻找特定物品，先向最邻近基站发送查询请求，若物品在该区域，则基站反馈结果给用户，并向用户提供到达商品位置的路径；若不在该区域，则由最邻近基站对外转发广播查询请求，其他区域中接收到请求的基站继续完成查询服务，并将查询结果通过转发广播反馈回来。得到物品位置信息后，接着进行室内导航，用户向最邻近基站发送请求，从该基站获取到达下一个基站的路径及其UUID,用户根据手机上的陀螺仪、指南针、加速度计依照基站反馈的路径行走，并在到达下一个基站时与基站进行通信，校准手机传感器各参数，并获取到达下一个基站的路径及其UUID,重复上述步骤直到进入特定物品所在区域，再由最终基站提供本区域内导航服务，实现特定物品的寻找。为实现特定人的定位导航，每个基站都维护着一张记录着共享位置的用户的位置信息表，包括用户的唯一通用标识符（UUID）,其导航过程和特定物品导航过程类似。对于共享位置信息的用户，最邻近基站首先在用户位置信息表中添加一条记录，然后转发广播该条记录给其他基站；对于隐藏位置信息的用户，最邻近基站首先在用户位置表中根据UUID删除该用户的记录，然后转发广播删除请求给其他基站；对于需要修改位置信息的用户，则先修改最邻近基站中该用户位置信息，然后在转发广播让其他的基站中的用户位置表更新这个用户的信息。利用定期发送名为“通告帧”（）的广播帧，只要是支持的设备就可以接收到。通过在这种通告帧的有效负载部分嵌入苹果自主格式的数据来实现。的数据主要由四种资讯构成，分别是（通用唯一标识符）、、、。是规定为标准的位标识符。和由发布者自行设定，都是位的标识符。是模块与接收器之间相距时的参考接收信号强（：）。接收器根据该参考与接收信号的强度来推算发送模块与接收器的距离。（需要改动）四、节点智能管理为智能管理iBeacon基站群，提高无线传输的可靠性和鲁棒性，有效地降低通信能耗、延长网络生命周期，因此借鉴优化后的分簇路由协议模型，使能量均衡高效分布于节点间。簇头节点负责采集数据并向簇头发送和环间的多跳转发，并在簇间路由引入了蚁群算法。在簇头选择方面,在网络初始化时由基站来指定簇头节点，并通过实验分析其生命周期,能量消耗,接收数据量三方面,找到最优簇头数目；在簇头节点选择下级簇头节点时,综合考虑能量距离等因素,选择权重函数值最大的节点作为下级簇头。同时利用离基站越近的节点间隔越小,单跳传输能耗低来排列节点距离、平衡整个系统的能耗。（配图）五、项目创新特色概述1、可以实现