物聯(lián)網(wǎng)世界

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)包羅萬(wàn)象的宇宙，它已經(jīng)從本質(zhì)上編織了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，這種交織將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)存在了幾十年，但隨著創(chuàng)新，更重要的是，移動(dòng)性的提高，企業(yè)正在更快地接受物聯(lián)網(wǎng)，并意識(shí)到對(duì)位置感知的迫切需求。從設(shè)備提供“什么”很重要，但“哪里”是物聯(lián)網(wǎng)硬幣的另一面，可以實(shí)現(xiàn)有關(guān)報(bào)告數(shù)據(jù)的重要上下文。

物聯(lián)網(wǎng)中的連接性轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)、流程和人員的更高可見(jiàn)性。曾經(jīng)手動(dòng)完成的任務(wù)現(xiàn)在是自動(dòng)化的，因此檢測(cè)、分析和操作只需幾秒鐘即可完成。此外，作為這種自動(dòng)化的一部分提供的智能意味著問(wèn)題在再次發(fā)生之前得到解決，企業(yè)可以更有效地管理其生產(chǎn)力和產(chǎn)出。

位置是主要分析

如圖1所示，預(yù)測(cè)了數(shù)十億個(gè)物聯(lián)網(wǎng)連接的設(shè)備，無(wú)論是托盤跟蹤器，車隊(duì)管理平臺(tái)還是緊急響應(yīng)按鈕，了解設(shè)備在特定時(shí)間的位置可以提供無(wú)限量的智能，可以據(jù)此采取行動(dòng)。因此，許多大型企業(yè)，MNO / MVNO，設(shè)備制造商，調(diào)制解調(diào)器和模塊制造商，云服務(wù)等都宣布推出定位技術(shù)和平臺(tái)。Google地圖于2005年推出，長(zhǎng)期以來(lái)一直使開(kāi)發(fā)人員能夠在其應(yīng)用程序中包含地理空間信息。許多其他人也紛紛效仿，例如亞馬遜的AWS地圖，微軟的Azure Maps最近推出了其平臺(tái)，該平臺(tái)為開(kāi)發(fā)人員提供了一套地理定位服務(wù)，以便為他們的應(yīng)用程序添加地理空間功能。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商正在為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供位置服務(wù)，包括帶有數(shù)據(jù)流的AT&T，帶有ThingSpace的Verizon無(wú)線，以及為其網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備提供服務(wù)的T-Mobile，其中包括位置功能。

位置注意事項(xiàng)

過(guò)去，GPS是定位事物的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于某些用例，精度可能不那么理想，但GPS為當(dāng)時(shí)提供了足夠好的估計(jì)。自20世紀(jì)80年代向公眾推出GPS以來(lái)，許多其他定位技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)，并取得了不同程度的成功。對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較并不容易，因?yàn)橛刑嗟囊蛩貢?huì)影響到等式中，從而為特定用例發(fā)現(xiàn)正確的技術(shù)。

確定最佳位置平臺(tái)必須考慮的問(wèn)題包括：

電源/電池壽命 - 對(duì)于需要長(zhǎng)壽命的用例，使用最少功率的技術(shù)是可取的。

安全性 - 雖然每個(gè)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(shí)，位置平臺(tái)絕對(duì)安全至關(guān)重要。

精度 - 例如，根據(jù)用例是否需要毫米精度或僅知道事物在200-500米范圍內(nèi)，將有助于辨別理想的定位平臺(tái) - 或者兩種或多種解決方案的混合。

覆蓋范圍 - 如果用例依賴于無(wú)縫的室內(nèi)和室外覆蓋，則選擇是兩個(gè)或多個(gè)平臺(tái)的混合解決方案，或者利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

尺寸 - 對(duì)于需要小尺寸的用例，這意味著更少的無(wú)線電，電池和天線，可能需要考慮精度或電池壽命等其他考慮因素。

成本 - 當(dāng)需要非常低成本的跟蹤器時(shí)，僅使用一個(gè)消耗最少功率的無(wú)線電是理想的。

漸進(jìn)式改進(jìn) - 與GPS網(wǎng)絡(luò)一樣，隨著時(shí)間的推移，已經(jīng)進(jìn)行了升級(jí)以提高準(zhǔn)確性，但這意味著發(fā)射昂貴的新衛(wèi)星。理想的位置解決方案是自我修復(fù)，并使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)改善每個(gè)位置查找的自身。

設(shè)備上的本機(jī)位置 – IoT 設(shè)備通常沒(méi)有設(shè)計(jì)的位置功能。選擇具有嵌入式定位技術(shù)的解決方案非常重要，該技術(shù)可以在設(shè)備上輕松激活并更新無(wú)線（OTA）。這允許立即可伸縮性。

定位技術(shù)

讓我們來(lái)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）最初由美國(guó)國(guó)防部于1970年代初開(kāi)發(fā)，專供美國(guó)軍方使用。衛(wèi)星系統(tǒng)于1980年代開(kāi)放供民用，并于1995年全面投入使用。

從太空廣播的GPS信號(hào)的準(zhǔn)確性取決于大氣條件，衛(wèi)星位置（精度的幾何稀釋），看到的衛(wèi)星數(shù)量和其他因素。GPS接收器需要對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)有清晰的視線，并且由于多路徑誤差，這可能發(fā)生在密集的城市地區(qū)，樹(shù)木繁茂的地區(qū)，隧道或其他覆蓋的結(jié)構(gòu)中，結(jié)果可能不如預(yù)期。GPS定位的預(yù)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(nèi)定位，因此其使用僅限于室外，并且在密度較低的區(qū)域效果最好。GPS設(shè)備上的用電量可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)任何其他定位技術(shù)，因?yàn)樗乃阉?a href="http://m.xsypw.cn/v/tag/2562/" target="_blank">算法可以在沒(méi)有衛(wèi)星可見(jiàn)時(shí)繼續(xù)運(yùn)行，因此應(yīng)設(shè)計(jì)用于具有更大電池儲(chǔ)備或可充電格式的用例。此外，還需要考慮設(shè)備大小限制。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

預(yù)計(jì)到 2022 年，公共 Wi-Fi 熱點(diǎn)將增長(zhǎng)到超過(guò) 5 億個(gè)*，Wi-Fi 隨時(shí)可用，并且是供室內(nèi)使用的廉價(jià)平臺(tái)。Wi-Fi 是一種基于鄰近感應(yīng)的位置解決方案，它觀察來(lái)自報(bào)告的 Wi-Fi 接入點(diǎn) （AP） 位置的信號(hào)強(qiáng)度，這些位置由第三方（如 Google）存儲(chǔ)。

Wi-Fi功耗低于GPS，但范圍有限，可能需要額外的設(shè)備才能為大型設(shè)施提供足夠的覆蓋范圍。像墻壁或金屬結(jié)構(gòu)這樣簡(jiǎn)單的障礙物會(huì)干擾信號(hào)。Wi-Fi定位的預(yù)期精度約為25米至300米。

如果還需要室外覆蓋，Wi-Fi與GPS或其他解決方案相結(jié)合將為許多用例提供足夠的覆蓋范圍。使用混合解決方案確實(shí)會(huì)增加成本、尺寸和功耗，并且設(shè)備在從室內(nèi)環(huán)境移動(dòng)到室外環(huán)境時(shí)需要重新連接。這一直是提供良好的室內(nèi)和室外位置覆蓋的常用技術(shù)，但對(duì)于許多需要2至10年長(zhǎng)電池壽命的超低功耗物聯(lián)網(wǎng)解決方案來(lái)說(shuō)，這不是一種可能的解決方案。

藍(lán)牙

藍(lán)牙于1996年推出，是英特爾，愛(ài)立信和諾基亞的合作，致力于創(chuàng)建一種共享的短程無(wú)線技術(shù)，以推向市場(chǎng)。2002年，IEEE批準(zhǔn)了802.15.1規(guī)范。

快進(jìn)到2019年，藍(lán)牙最近推出了藍(lán)牙5.0，具有更大的范圍和速度，可在許多設(shè)備之間和之間進(jìn)行連接。低功耗藍(lán)牙 （BLE） 的引入可在高功率應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更低的功耗或長(zhǎng)達(dá) 4 倍的距離。藍(lán)牙定位技術(shù)是一種接近范圍應(yīng)用，可以提供良好的室內(nèi)精度，但需要構(gòu)建硬件密集型網(wǎng)絡(luò)以在大面積上提供精度。要獲得引用的2m精度，設(shè)備需要在信標(biāo)的6m范圍內(nèi)。

無(wú)線射頻識(shí)別

早在第二次世界大戰(zhàn)期間，全球軍方使用的第一個(gè)射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)就是無(wú)源的。英國(guó)人迅速開(kāi)發(fā)了一種有源RFID解決方案，該技術(shù)迅速創(chuàng)新到我們今天看到的解決方案。RFID標(biāo)簽非常小且價(jià)格低廉，可以將它們連接到許多不同的資產(chǎn)上。

由于RFID的范圍非常有限，RFID是一種僅限室內(nèi)的位置解決方案，通常用于跟蹤物品何時(shí)通過(guò)阻塞點(diǎn)，例如零售商店的門或裝配線上的物品。RFID已被用于提高許多供應(yīng)鏈的效率，但采用率尚未達(dá)到應(yīng)有的范圍，部分原因是其信標(biāo)硬件部署的范圍和成本有限。據(jù)估計(jì)，RFID市場(chǎng)有99%尚未開(kāi)發(fā)，部分原因是安全問(wèn)題。

細(xì)胞的

使用商業(yè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的位置可以通過(guò)多種方式完成;因此，具有不同程度的精度和其他因素。常用的方法是小區(qū)ID方法，其中調(diào)制解調(diào)器輸出服務(wù)小區(qū)和可能的相鄰小區(qū)的無(wú)線電信息和信號(hào)強(qiáng)度。數(shù)據(jù)被輸入到跟蹤塔位置的第三方數(shù)據(jù)庫(kù)中（類似于Wi-Fi定位技術(shù)）。輸入到第三方API的蜂窩塔信息對(duì)象的一個(gè)例子包括蜂窩ID，位置區(qū)號(hào)，移動(dòng)國(guó)家代碼，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)代碼，信號(hào)強(qiáng)度和檢測(cè)到的信號(hào)塔的定時(shí)提前。這種類型的位置預(yù)計(jì)將允許大約300m到3km的粗略位置順序，具體取決于網(wǎng)絡(luò)的密度。這是一種非常簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的技術(shù)，如果高度的位置精度不重要，則可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的室內(nèi)和室外覆蓋。

另一種正在使用的蜂窩技術(shù)是運(yùn)營(yíng)商自己應(yīng)用的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這些都是基于標(biāo)準(zhǔn)的，包括復(fù)雜的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。這包括與LTE全頻段網(wǎng)絡(luò)一起使用的觀測(cè)到到達(dá)時(shí)差（OTDOA）等技術(shù)。在美國(guó)，F(xiàn)CC要求E911呼叫的手機(jī)輔助定位技術(shù)必須為測(cè)量的所有呼叫的67%提供50米以內(nèi)的位置。

該技術(shù)提供了良好的精度水平，但由載體控制，只能通過(guò)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(jī)的位置技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備帶寬較低的CAT-M系統(tǒng)具有OTDOA標(biāo)準(zhǔn)，但尚未在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)，并且不會(huì)提供與上述全頻段解決方案相同的精度。

一種較新的技術(shù)是為物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)帶來(lái)更準(zhǔn)確的蜂窩位置，并且不需要網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商本身部署，它是蜂窩云定位（C-LoC）。該技術(shù)是一種先進(jìn)的到達(dá)時(shí)間差（TDOA）方法，可用于CAT-M和NB-IoT設(shè)備，允許大約10m至200m的位置精度，同時(shí)需要非常低的額外功率，高于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備已經(jīng)用于通信的額外功率，因?yàn)樗钦{(diào)制解調(diào)器固件的一部分。該技術(shù)允許非常安全的連接，因?yàn)槲恢眯畔⒂肋h(yuǎn)不會(huì)像GPS那樣出現(xiàn)在設(shè)備上。該技術(shù)是需要在室內(nèi)和室外精確定位的極低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的理想解決方案。

總結(jié)

無(wú)論使用何種技術(shù)，隨著物聯(lián)網(wǎng)連接的擴(kuò)展，位置對(duì)于提供上下文將變得越來(lái)越重要。位置是主要分析，它使關(guān)鍵數(shù)據(jù)能夠改善客戶體驗(yàn)、生產(chǎn)力和底線。

審核編輯：郭婷