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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:楊長軒
研究生(外文):Chang-Hsuan Yang
論文名稱:基於Raspberry Pi與低功耗藍牙裝置於室內定位之研究
論文名稱(外文):A Study of Indoor positioning system based on Raspberry Pi and BLE devices
指導教授:洪維廷洪維廷引用關係
指導教授(外文):Wei-Tyng Hong
口試委員:李建誠鍾天厚
口試委員(外文):Chien-Cheng LeeJHONG-TIAN HOU
口試日期:2018-07-24
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:通訊工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:53
中文關鍵詞:樹莓派,多層感知機低功耗藍牙裝置高斯混合模型多層感知機
外文關鍵詞:Raspberry PiiBeaconGMMMLP
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本論文將探討如何運用Raspberry Pi 樹莓派組合成 Pi beacon,取得訊號強 度(rssi),實驗的系統包括利用四個Raspberry Pi組成的Pi beacon及一顆estimote iBeacon低功耗藍牙裝置,並且將實驗室座標化.在實驗室沒有障礙物的地方 規劃出84個座標點,在每一個座標點對四個Raspberry Pi 組成的Pi beacon及一 顆estimote iBeacon逐一收集資料,並且使用高斯混合模型(GMM)和多層感知機(MLP)進行預測,比較哪種方法錯誤率較低.代表哪種方法辨識度較高,比較 適合室內定位.
本論文首先介紹室內定位和低功耗藍牙以及ibeacon,然後說明用Raspberry Pi來做藍芽的發送和接收器的動機,並介紹高斯混合模型(GMM)和多層感知機(MLP),以及實驗流程和最後的結果.


關鍵詞 : 樹莓派,低功耗藍牙裝置,高斯混合模型,多層感知機
This paper will discuss how to use the Raspberry Pi to create a low-power Bluetooth device (iBeacon) to obtain signal strength (RSSI). The system under consideration includes four low-power Bluetooth devices built by the Raspberry Pi and an esti- mote iBeacon and in the lab Eighty-four coordinate points were generated without obstacles. Data were collected one by one at each coordinate point for the low-power Bluetooth devices built by four Raspberry Pi’s and one estimote iBeacon. However, machine learning method-based neural network and the famous Gaussian Mixture model(GMM) were used to perform prediction on the data. Comparing the models in terms of error rate, MLP produced the lowest with 3%.
This paper first introduces the Raspberry Pi and iBeacon and explains the motiva- tion of using the Raspberry Pi as a Bluetooth sender and receiver and introduces the machine learning methods and neural networks used, as well as the experimental flow and results.





Keywords: Raspberry Pi, iBeacon, GMM, MLP
書名頁 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i
論文口試委員審定書........................................................... ii
授權書.............................................................................. iii
中文摘要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... . . . . . vii
英文摘要 .............................................................................viii
誌謝...................................................................................... ix
目錄....................................................................................... x
表目錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... . . . . . xii
圖目錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... . . . xiii

一、序論 ................................................................................ 1

1.1 研究動機與背景............................................................. 1
1.2 研究概述 ...................................................................... 1
1.3 論文大綱 ...................................................................... 1

二、文獻探討........................................................................... 2

2.1 iBeacon介紹................................................................. 2
2.2 室內定位 ...................................................................... 4
2.3 低功耗藍牙技術............................................................. 4
2.4 RSSI............................................................................ 7
2.5 三角定位法(Triangulation)............................................. 8

三、機器學習方法 .................................................................. 9

3.1 神經網路 ..................................................................... 10
3.2 GMM .......................................................................... 11
3.2.1 建立高斯混合模型 ............................................... 11
3.3 MLP............................................................................. 12

四、系統設計與實作............................................................... 16

4.1 RaspberryPi ............................................................... 16
4.1.1 硬體介紹 ............................................................ 17
4.1.2 軟體介紹 ............................................................ 18
4.2 PiBeacon.................................................................... 19
4.3 實驗設計 ..................................................................... 22
4.4 PiBeacon V.S. iBeacon ............................................... 23

五、實驗分析.......................................................................... 26

5.1 實驗設備 ..................................................................... 26
5.2 實驗流程 ..................................................................... 27
5.3 模擬環境 ..................................................................... 27
5.4 研究成果 ..................................................................... 29
5.4.1 高斯混合模型....................................................... 31
5.4.2 多層感知器 ......................................................... 37
5.5 機器學習比較方法 ....................................................... 48

六、結論 .............................................................................. 50

參考文獻 ............................................................................... 51
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raspberry-pi-40ibeacon.html, 2015.
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zh-tw/tech/2bznyr.html, 2016.
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碩士學程碩士論文, 2017.
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[11] “典 型 藍 牙 和 低 功 耗 藍 牙 比 較,” http://hk.saowen.com/a/ 771bf701612bd5fcdb5e5e5f02cb2a82025461d08e1a74f8c79d097d41f27fef, 2018.
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[13] 李永仁, “應用ibeacon定位技術結合巨量資料分析於購物推薦服務,” 臺北科技 大學工業工程與管理系碩士班碩士學位論文, 2016.
[14] 朱炳燁, “以低耗電藍牙裝置之訊號強度為基礎的室內定位方法設計與分析,” 臺北科技大學資訊管理研究所學位論文, 2014.
[15] 曾光正, “智慧型室內定位演算法之研究,” 樹德科技大學電腦與通訊研究所碩 士論文, 2010.
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