一、 项目概述

1.1 项目背景与目标

本项目旨在开发一套基于“云-管-边-端”架构的物联网综合系统。通过自研的智能蓝牙信标（采集/广播终端）与WiFi数据网关（边缘计算枢纽），实现蓝牙数据的实时扫描、解析、双向传输与本地可视化。项目致力于解决传统物联网设备数据孤岛、单向传输、缺乏本地交互等问题，并探索“端侧AI”与边缘计算在实际场景中的应用潜力。

1.2 应用方向

• 端侧AI与边缘计算：在网关侧完成数据过滤、去重及初步定位计算，减轻云端压力。

• 功能性创新应用：适用于室内定位导航、资产追踪管理、智能零售营销、环境监测等场景。

二、 需求分析

2.1 功能需求

1. 数据采集与解析：网关需实时扫描周围蓝牙广播数据，提取MAC地址、RSSI（信号强度）、传感器数据等，并进行清洗与JSON格式化。

2. 双向通信与配置：网关通过WiFi将解析数据上行至服务器；同时接收服务器/App下发的指令（如修改信标广播频率、发射功率等），并下发给蓝牙信标。

3. 本地实时交互：网关需配备显示屏，实时展示当前扫描到的信标数量、数据流及网络连接状态。

4. 移动端智联：开发手机App，用户可通过App与网关智联，实时查看设备状态、历史数据及进行参数配置。

2.2 非功能需求

• 并发与抗干扰：网关需具备同时处理数十上百个蓝牙信标广播的抗干扰能力。

• 安全性：上下行数据（尤其是配置指令）需进行AES加密，防止恶意篡改与伪造。

• 可靠性：具备断网重连、本地数据缓存机制，确保数据不丢失。

• 可维护性：支持网关与信标的OTA（空中升级）功能。

三、 系统架构设计

1) 框架结构：

2）实物图

本系统采用标准物联网四层架构：

• 端（感知层）：蓝牙信标设备（基于BLE 4.0/5.0协议），负责广播环境数据/资产状态，并接收配置。

• 边（边缘层）：智能网关（APT-PI2+蓝牙网关主板）包括蓝牙网关蓝牙模块与WiFi模块，蓝牙网关负责蓝牙扫描、ART-PI2边缘计算、屏幕显示与协议转换。

• 管（网络层）：WiFi网络及MQTT/HTTP协议，实现边缘与云端的安全稳定通信。

• 云（平台层）：服务器端（Java/Go），提供设备管理、数据存储（时序数据库）、数据分析及指令下发接口。

• 用（应用层）：移动端App，提供用户可视化交互界面。

四、 详细技术设计

4.1 硬件层设计

• 蓝牙信标：采用低功耗蓝牙芯片（如Nordic nRF52系列），支持自定义广播包格式（兼容iBeacon/Eddystone），集成温湿度等传感器（选配），纽扣电池供电。

• 智能网关：采用ART-PI2+蓝牙网关作为主控，集成WiFi模块、蓝牙扫描模块及LCD/OLED显示屏，支持USB/DC供电。

4.2 网关软件设计（核心枢纽）

• 扫描调度：采用时间片轮转机制，平衡“扫描”、“连接配置”与“数据上报”的资源占用。

• 边缘处理引擎：对原始广播数据进行本地过滤（剔除异常RSSI值）、去重。引入轻量级AI算法（如加权KNN），在本地进行初步的室内坐标解算，仅将结果上传云。

• 通信协议：采用MQTT协议实现与服务器的高效异步通信，保障弱网环境下的消息可达性。

4.3 云服务器设计

• 后端框架：Spring Boot (Java) 或 Go语言。

• 数据库：MySQL（存储设备元数据）、InfluxDB/TDengine（时序数据库，存储高频上报的RSSI及传感器数据）。

• 接口设计：提供RESTful API供App调用，提供MQTT Broker（如EMQX）接收网关数据。

4.4 App端设计

• 技术栈：Flutter或React Native（跨平台）。

• 核心模块：设备绑定与配网模块（通过蓝牙配置网关WiFi）、数据仪表盘（实时数据流图、信标分布热力图）、远程配置模块。

五、 关键技术实现与创新点

1. 端侧AI融合（创新点）：不依赖云端算力，在网关端部署轻量级模型对RSSI信号波动进行卡尔曼滤波，并进行初步位置计算，极大降低网络带宽占用和云端算力成本。

2. 安全加密机制：对下发的信标配置指令加入时间戳与AES-128加密签名，确保广播包不可被伪造。

3. OTA双端升级：设计断点续传机制，支持通过WiFi对网关进行固件升级，并通过网关的蓝牙通道对信标进行无线固件升级，降低后期维护成本。