物聯(lián)網宇宙

物聯(lián)網是一個包羅萬象的宇宙，本質上已經編織在我們世界的許多方面。隨著第四次工業(yè)革命的不斷創(chuàng)新，這種交織將成倍擴大。

物聯(lián)網已經存在了幾十年，但隨著創(chuàng)新，更重要的是移動性的提高，企業(yè)正在更快地擁抱物聯(lián)網，并意識到對位置感知的迫切需求。提供來自設備的“什么”很重要，但“在哪里”是物聯(lián)網硬幣的另一面，它為報告的數據提供了重要的上下文。

物聯(lián)網中的連接性轉化為系統(tǒng)、流程和人員的更大可見性。曾經手動完成的任務現在已自動化，因此檢測、分析和操作只需幾秒鐘即可完成。此外，作為這種自動化的一部分提供的智能意味著問題在再次發(fā)生之前得到解決，企業(yè)可以更有效地管理他們的生產力和產出。

位置是首要分析

如圖 1 所示，預測了數十億的物聯(lián)網連接設備，無論是托盤跟蹤器、車隊管理平臺還是緊急響應按鈕，知道設備在特定時間的位置提供了無限量的智能，可以根據這些智能采取行動采取。因此，許多大型企業(yè)、MNO/MVNO、設備制造商、調制解調器和模塊制造商、云服務等都宣布推出定位技術和平臺。 Google Maps于 2005 年推出，長期以來一直使開發(fā)人員能夠在其應用程序中包含地理空間信息。許多其他公司也紛紛效仿，例如亞馬遜的AWS maps和微軟的 Azure Maps最近推出了其平臺，該平臺為開發(fā)人員提供了一套地理定位服務，以將地理空間功能添加到他們的應用程序中。移動網絡運營商正在為物聯(lián)網設備提供定位服務，包括 AT&T 的DataFlow、Verizon Wireless 的ThingSpace和T-Mobile的網絡設備服務，其中包括定位功能。

圖 1：物聯(lián)網市場規(guī)模

位置注意事項

過去，GPS 是定位物體的事實標準。對于某些用例，準確度可能不那么理想，但 GPS 提供了足夠好的時間估計。自 1980 年代 GPS 向公眾推出以來，許多其他定位技術已經進入市場，并取得了不同程度的成功。對這些技術進行簡單的比較并不容易，因為有太多因素影響到等式，以發(fā)現針對特定用例的正確技術。

確定最佳定位平臺必須考慮的問題包括：

電源/電池壽命——對于需要長壽命的用例，使用最少電量的技術是可取的。

安全性——雖然每個用例都需要一定程度的安全性，但在考慮將位置作為解決方案一部分的用例時，位置平臺絕對安全至關重要。

精度——例如，取決于用例是需要毫米精度還是僅知道物體在 200-500 米范圍內，這將有助于辨別理想的定位平臺——或者兩種或多種解決方案的混合。

覆蓋——如果用例依賴于無縫的室內和室外覆蓋，則選擇是兩個或多個平臺的混合解決方案，或者利用蜂窩網絡。

尺寸——對于需要小尺寸的用例，這意味著更少的無線電、電池和天線，其他考慮因素，如準確性或電池壽命可能需要妥協(xié)。

成本——當需要一個非常低成本的跟蹤器時，只使用一個功耗最少的無線電是理想的。

漸進式改進——與 GPS 網絡一樣，隨著時間的推移進行了升級以提高準確性，但這意味著發(fā)射昂貴的新衛(wèi)星。理想的定位解決方案是自我修復，并使用機器學習在每次定位查找時自我改進。

設備上的本地定位——物聯(lián)網設備通常沒有設計定位功能。選擇具有嵌入式定位技術的解決方案非常重要，該技術可以在設備上輕松激活并通過無線 （OTA） 進行更新。這允許立即可擴展性。

定位技術

讓我們看看一些最常用的解決方案以及它們提供的功能。

全球定位系統(tǒng)

全球定位系統(tǒng) （GPS） 最早由美國國防部于 1970 年代初開發(fā)，并由美國軍方獨家使用。該衛(wèi)星系統(tǒng)于 1980 年代開放供民用，并于 1995 年全面投入使用。

從太空廣播的 GPS 信號的準確性因大氣條件、衛(wèi)星位置（精度的幾何稀釋）、所見衛(wèi)星數量和其他因素而異。GPS 接收器需要清晰的衛(wèi)星網絡視線，并且由于多徑誤差（可能發(fā)生在密集的城市地區(qū)、茂密的樹木繁茂的地區(qū)、隧道或其他有蓋結構中），結果可能不太理想。GPS 定位的預期精度在 10m 到 100m 之間，具體取決于上述因素。

GPS 不適用于室內定位，因此它的使用僅限于室外，并且在密度較低的區(qū)域效果最佳。GPS 設備的耗電量可能遠高于任何其他定位技術，因為它的搜索算法可以在沒有衛(wèi)星可見的情況下繼續(xù)運行，因此應設計用于具有更大電池儲備或可充電格式的用例。 此外，還需要考慮設備尺寸限制。

無線上網

到 2022 年，公共 Wi-Fi 熱點預計將增長到超過 50 億個。* Wi-Fi 很容易獲得，并且是一種廉價的室內使用平臺。Wi-Fi 是一種基于鄰近的定位解決方案，它觀察來自報告的 Wi-Fi 接入點 （AP） 位置的信號強度，這些位置由 Google 等第三方存儲。

Wi-Fi 功耗低于 GPS，但范圍有限，可能需要額外的設備才能為較大的設施提供足夠的覆蓋范圍。像墻壁或金屬結構這樣簡單的障礙物都會干擾信號。Wi-Fi 修復的預期精度約為 25m 到 300m。

如果還需要室外覆蓋，Wi-Fi 結合 GPS 或其他解決方案將為許多用例提供足夠的覆蓋。使用混合解決方案確實會增加成本、尺寸和功耗，并且設備在從室內環(huán)境移動到室外環(huán)境時需要重新連接。這是提供良好的室內和室外位置覆蓋的常用技術，但對于許多需要大約 2 到 10 年的長電池壽命的極低功耗物聯(lián)網解決方案來說，這不是一種可行的解決方案。

藍牙

藍牙于 1996 年推出，是英特爾、愛立信和諾基亞合作開發(fā)的一種共享短程無線技術以推向市場。2002 年，IEEE 批準了 802.15.1 規(guī)范。

快進到 2019 年，藍牙最近推出了具有更大范圍和速度的藍牙 5.0，用于在許多設備之間進行連接。低功耗藍牙 （BLE） 的推出可在更高功率的應用中實現更低的功率或長達 4 倍的距離。藍牙定位技術是一種近距離范圍應用，可以提供良好的室內精度，但需要構建硬件密集型網絡以提供大范圍的精度。要獲得引用的 2m 精度，設備需要在信標的 6m 范圍內。

射頻識別

早在二戰(zhàn)時期，全球軍方使用的第一個射頻識別 （RFID） 系統(tǒng)是無源的。英國人迅速開發(fā)了有源 RFID 解決方案，并且該技術迅速創(chuàng)新為我們今天看到的解決方案。RFID 標簽非常小且價格低廉，可以貼在許多不同的資產上。

由于 RFID 的范圍非常有限，RFID 是一種僅限室內的定位解決方案，通常用于跟蹤物品何時通過阻塞點，例如零售店的門或裝配線上的物品。RFID 已被用于提高許多供應鏈的效率，但采用并沒有得到應有的廣泛應用，部分原因在于其有限的范圍和信標硬件部署的成本。據估計，RFID 市場有 99% 尚未開發(fā)，部分原因是出于安全考慮。

蜂窩

使用商業(yè)蜂窩網絡的定位可以通過多種方式完成；因此，具有不同程度的準確性和其他因素。常用的方法是小區(qū) ID 方法，其中調制解調器輸出服務小區(qū)和可能的相鄰小區(qū)的無線電信息和信號強度。數據被輸入到跟蹤塔位置的第三方數據庫（類似于 Wi-Fi 定位技術）。饋入第三方 API 的蜂窩塔信息對象的示例包括蜂窩 ID、位置區(qū)域代碼、移動國家代碼、移動網絡代碼、信號強度和檢測到的塔的時間提前。這種類型的位置預計允許大約 300m 到 3km 的粗略位置順序，具體取決于網絡的密度。這是一個非常簡單的，

另一種正在使用的蜂窩技術是運營商自己應用的運營商網絡技術。這些是基于標準的，包括復雜的架構實現。這包括與 LTE 全頻段網絡一起使用的觀測到達時間差 （OTDOA） 等技術。在美國，FCC 要求用于 E911 呼叫的手機輔助定位技術必須為 67% 的測量呼叫提供 50m 范圍內的定位。

該技術提供了良好的準確性，但由運營商控制并且只能通過它們獲得。今天，它的使用似乎僅限于緊急定位系統(tǒng)中手機的定位技術。

圖 2：LTE 版本 9/10 中的定位架構。由愛立信提供。

物聯(lián)網設備帶寬較低的 CAT-M 系統(tǒng)具有 OTDOA 標準，但尚未在網絡中實施，并且不會提供與上述全頻段解決方案相同的精度。

一種更新的技術可以為物聯(lián)網市場帶來更準確的蜂窩定位，并且不需要網絡運營商自己部署，那就是蜂窩云定位 （C-LoC）。該技術是一種先進的到達時間差 （TDOA） 方法，可用于 CAT-M 和 NB-IoT 設備，可實現 10m 至 200m 量級的定位精度，同時所需的額外功率非常低，高于 IoT 已經使用的功率通信設備，因為它是調制解調器固件的一部分。該技術允許非常安全的連接，因為位置信息永遠不會像 GPS 那樣出現在設備上。對于需要在室內和室外進行精確定位的超低功耗物聯(lián)網設備，該技術是一種理想的解決方案。

概括

無論使用何種技術，隨著物聯(lián)網連接的擴展，位置對于提供上下文將變得越來越重要。位置是主要的分析，它可以提供關鍵數據來改善客戶體驗、生產力和利潤。

圖 3：定位技術概述

審核編輯：郭婷