1.1研究背景

随着智能手机等众多新型移动设备进入人们的生活，以及物联网设备功能的逐步完善和基于位置信息服务应用的增加，位置感知在当今社会生活中扮演着一个非常重要的角色。不管是身处于室内还是室外的环境当中，为用户提供精准地连续的位置信息，可以带来更好的体验效果。室外定位以及基于位置的服务已经相当成熟，其中以全球定位系统(Global Positioning Systems,GPS)^[1]和实时导航的应用最为成功，并成为了众多移动设备使用最为频繁的功能。近年来，基于位置信息推送服务的相关技术和产业正逐步向室内环境发展以满足更多消费者的需求，特别是在无线技术得到大规模发展与应用之后，在室内定位技术这一块出现了百花齐放的情形，许多学者从不同的技术层面设计了针对室内环境的定位系统，诸如RFID标签^[2]、ZigBee无线传感网^[3]、无线WiFi网^[4]、可见光技术^[5]以及超声波技术^[6]等等，并在相应的领域都得到了很好的应用。

由于室内环境时刻在变化着，所以室内定位系统在实际应用当中就会遇到很多阻扰，比如说人流的走动、湿度与温度的波动、以及不同房间的室内格局，这些都会影响到室内定位系统的稳定性和精确性。另一方面，这些独特的环境因素也使得室内定位系统的可扩展性受到了不同程度的影响，如RFID作用距离近、不具备通信能力、与其它系统兼容性差；而超声波又容易受到多径效应以及非视距传播的影响；ZigBee容易受到环境中其他信号的干扰，导致定位精度降低^[7]等等，都限制了这些定位技术的大规模应用。所以从实用性的角度进行考虑，设计一套完善的室内定位系统应该主要考虑下面几个性能指标：室内定位准确度、定位系统所能涵盖的范围、整套系统的造价、定位器件的功耗、系统的可移植性以及系统的响应时间等方面。

从上述要求出发，特别是从精度、成本、功耗和响应时间这几个最为重要的条件进行综合考虑，本文引入了低功耗蓝牙 4.0 技术^[8]。蓝牙技术作为物联网数据传输和移动通信快速发展的产物，其最初的寓意是实现通讯与计算机工业的无缝连接，但随着无线网络的快速发展，基于蓝牙技术的应用很快就有了一套初步的标准协议。随着全球信息技术的初步形成以及基础设施的逐步完善，对于现代通信网络的性能要求，应当是保证每个人以及每件智能设备不管在任何时间段或是任何地点都能方便且快速地连接到周围可用的通信网上。蓝牙技术正是面向这一目标，通过无线网络把周围的各种通信设备在短时间内快速且可靠地连接起来，以保证这些信息化设备与互联网之间数据通信的高效性和实时性。特别是在2014年苹果公司推出了基于蓝牙4.0的iBeacon技术^[9]之后，使得基于蓝牙技术的室内定位研究有了更多的可能和发展空间。

随着移动终端系统、微型传感器技术和无线通信技术的飞速发展，智能手机已经成了人们生活中不可或缺的重要组成部分。随着定位系统和手机的融合，基于位置的服务(Location Based Services，LBS）改变了人们出行的方式，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设备与物品在室内的位置信息，室内导航正在成为一项便捷的工具。

1.2国内外研究现状

近年来，在室内定位技术的快速发展下以及大型楼层的修建下，众多消费者很大程度上已经不能仅仅满足于室外导航技术所带来的方便，人们更加希望能够将这种方便带入到诸如大型商场、大型博物馆、大型超市等室内环境中，并提供基于位置信息的服务推送和查询^[10][11]。所以，在经济发展的带动下以及消费者需求的推动下，在室内定位方面的研究势必会得到很大程度上的进步，并为商业发展带来更多的利益，彼时基于室内定位技术的应用就会成为当下人工智能发展的重要产物，其在人们日常生活当中的作用和影响绝对不会逊于 GPS。

苹果公司在2013年WWDC上推出一项基于蓝牙4.0^[12]的精准微定位技术—iBeacons，基于低功耗蓝牙的iBeacon的出现可以说是真正能实现最后1公里定位的最佳方案。

iBeacons相比较于原来的蓝牙技术有以下几个特点：

(1)不需要配对，由于之前对蓝牙设备的控制比较严格，所以仅有通过MFI认证过的蓝牙设备才能与iDevice连接，而蓝牙4.0就没有这些限制了。