[论文解读] BLEBeacon: A Real-Subject Trial Dataset from Mobile Bluetooth Low Energy Beacons

Dimitrios Sikeridis, Ioannis Papapanagiotou+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2018

Bluetooth and Wireless Communication Technologies参考文献 10被引用 15

一句话总结

本论文提出了 BLEBeacon 数据集，这是一个大规模、真实世界中收集的蓝牙低功耗（BLE）广告数据包集合，涵盖46名参与者在多层大学建筑内持续一个月的 iBeacon 数据。通过部署32台树莓派3作为扫描设备，研究捕获了接收信号强度指示（RSSI）以及用户进出记录，用于用户定位、移动模式分析和智能建筑应用。该数据集公开可用且具备隐私保护特性，为室内传感与人类行为建模研究提供支持。

ABSTRACT

The BLEBeacon dataset is a collection of Bluetooth Low Energy (BLE) advertisement packets/traces generated from BLE beacons carried by people following their daily routine inside a university building. A network of Raspberry Pi 3 (RPi)-based edge devices were deployed inside a multi-floor facility continuously gathering BLE advertisement packets and storing them in a cloud-based environment. The data were collected during an IRB (Institutional Review Board forhe Protection of Human Subjects in Research) approved one-month trial. Each facility occupant/participant was handed a BLE beacon to carry with him at all times. The focus is on presenting a real-life realization of a location-aware sensing infrastructure, that can provide insights for smart sensing platforms, crowd-based applications, building management, and user-localization frameworks. This work describes and documents the published BLEBeacon dataset.

研究动机与目标

• 开发并部署一种可扩展、低成本的基于BLE的传感基础设施，用于真实世界中的人类活动与定位研究。
• 在多层、动态环境中长期、大规模地收集真实受试者的BLE广告数据，以支持智能建筑与人群监控应用。
• 为室内定位、人类移动性及物联网传感平台研究者提供一个公开可用、具备隐私保护的数据集。
• 支持在真实世界条件下对定位算法、占用检测及网络可靠性进行验证。

提出的方法

• 在大学建筑的三座楼层部署32台树莓派3设备作为BLE扫描器，用于捕获BLE广告数据包。
• 为46名参与者配备市售的Gimbal Series 10 iBeacon，以1 Hz频率发射，功率为0 dBm，UUID固定为16字节。
• 使用MQTT协议将实时数据包（RSSI、时间戳、树莓派ID）流式传输至中央MariaDB服务器进行存储与处理。
• 实施两种数据采集模式：(1) 每收到一个数据包即报告RSSI；(2) 为用户存在性追踪报告签到/签退信息。
• 设置30秒超时以确认用户离开，避免签退检测中的假阴性。
• 对所有参与者数据进行匿名化处理，仅保留信标ID与时间戳，以确保符合隐私要求。

实验结果

研究问题

• RQ1 在长时间跨度内，BLE RSSI值在多层真实建筑环境中，多个静态接收机之间的变化特征如何？
• RQ2 在为期一个月的真实学术设施中，携带BLE信标的个体的移动模式与空间行为特征是什么？
• RQ3 利用多接收机BLE RSSI与签到/签退数据，用户存在性与位置的推断准确度如何？
• RQ4 在真实、动态的环境中，基于BLE的室内定位系统的可靠性与一致性特征如何？
• RQ5 BLE信标数据如何支持智能建筑中的设施管理、占用监测与人群行为分析？

主要发现

• BLEBeacon 数据集包含超过100万条RSSI读数及超过10万个签到/签退事件，数据来自46名参与者，持续33天。
• 多个树莓派扫描器接收到同一信标数据包，支持基于 trilateration 的定位，并可验证信号强度在空间上的变化。
• 该数据集捕捉了长期用户移动模式，包括重复访问、停留时间及跨楼层的移动轨迹。
• 采用30秒超时机制进行签退检测，显著降低了存在性追踪中的假阳性。
• 该数据集通过GitHub与CRAWDAD仓库公开提供，未保留任何个人身份信息。
• 初步分析证实，该数据集适用于训练与评估定位、占用聚类及网络可靠性模型。