物聯(lián)網(wǎng)世界

物聯(lián)網(wǎng)是一個包羅萬象的宇宙，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)級增長。

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，移動性的提高，企業(yè)正在更快地接受物聯(lián)網(wǎng)，并意識到對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，可以實現(xiàn)有關(guān)報告數(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性。曾經(jīng)手動完成的任務(wù)現(xiàn)在是自動化的，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)可以更有效地管理其生產(chǎn)力和產(chǎn)出。

位置是主要分析

如圖1所示，預(yù)測了數(shù)十億個物聯(lián)網(wǎng)連接的設(shè)備，無論是托盤跟蹤器，車隊管理平臺還是緊急響應(yīng)按鈕，了解設(shè)備在特定時間的位置可以提供無限量的智能，可以據(jù)此采取行動。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。Google地圖于2005年推出，長期以來一直使開發(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，該平臺為開發(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。移動網(wǎng)絡(luò)運營商正在為物聯(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

過去，GPS是定位事物的事實標(biāo)準(zhǔn)。對于某些用例，精度可能不那么理想，但GPS為當(dāng)時提供了足夠好的估計。自20世紀80年代向公眾推出GPS以來，許多其他定位技術(shù)已經(jīng)進入市場，并取得了不同程度的成功。對這些技術(shù)進行簡單的比較并不容易，因為有太多的因素會影響到等式中，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，使用最少功率的技術(shù)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(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 - 或者兩種或多種解決方案的混合。

覆蓋范圍 - 如果用例依賴于無縫的室內(nèi)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(wǎng)絡(luò)。

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，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，僅使用一個消耗最少功率的無線電是理想的。

漸進式改進 - 與GPS網(wǎng)絡(luò)一樣，隨著時間的推移，已經(jīng)進行了升級以提高準(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)，并使用機器學(xué)習(xí)來改善每個位置查找的自身。

設(shè)備上的本機位置 – IoT 設(shè)備通常沒有設(shè)計的位置功能。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線（OTA）。這允許立即可伸縮性。

定位技術(shù)

讓我們來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）最初由美國國防部于1970年代初開發(fā)，專供美國軍方使用。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(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遠超過任何其他定位技術(shù)，因為它的搜索算法可以在沒有衛(wèi)星可見時繼續(xù)運行，因此應(yīng)設(shè)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(shè)備大小限制。

無線網(wǎng)絡(luò)

預(yù)計到 2022 年，公共 Wi-Fi 熱點將增長到超過 5 億個*，Wi-Fi 隨時可用，并且是供室內(nèi)使用的廉價平臺。Wi-Fi 是一種基于鄰近感應(yīng)的位置解決方案，它觀察來自報告的 Wi-Fi 接入點 （AP） 位置的信號強度，這些位置由第三方（如 Google）存儲。

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)這樣簡單的障礙物會干擾信號。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會增加成本、尺寸和功耗，并且設(shè)備在從室內(nèi)環(huán)境移動到室外環(huán)境時需要重新連接。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)，但對于許多需要2至10年長電池壽命的超低功耗物聯(lián)網(wǎng)解決方案來說，這不是一種可能的解決方案。

藍牙

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

快進到2019年，藍牙最近推出了藍牙5.0，具有更大的范圍和速度，可在許多設(shè)備之間和之間進行連接。低功耗藍牙 （BLE） 的引入可在高功率應(yīng)用中實現(xiàn)更低的功耗或長達 4 倍的距離。藍牙定位技術(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)。

無線射頻識別

早在第二次世界大戰(zhàn)期間，全球軍方使用的第一個射頻識別（RFID）系統(tǒng)就是無源的。英國人迅速開發(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通過阻塞點，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，RFID市場有99%尚未開發(fā)，部分原因是安全問題。

細胞的

使用商業(yè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的位置可以通過多種方式完成;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)的無線電信息和信號強度。數(shù)據(jù)被輸入到跟蹤塔位置的第三方數(shù)據(jù)庫中（類似于Wi-Fi定位技術(shù)）。輸入到第三方API的蜂窩塔信息對象的一個例子包括蜂窩ID，位置區(qū)號，移動國家代碼，移動網(wǎng)絡(luò)代碼，信號強度和檢測到的信號塔的定時提前。這種類型的位置預(yù)計將允許大約300m到3km的粗略位置順序，具體取決于網(wǎng)絡(luò)的密度。這是一種非常簡單、價格低廉的技術(shù)，如果高度的位置精度不重要，則可以實現(xiàn)無縫的室內(nèi)和室外覆蓋。

另一種正在使用的蜂窩技術(shù)是運營商自己應(yīng)用的運營商網(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)實現(xiàn)。這包括與LTE全頻段網(wǎng)絡(luò)一起使用的觀測到到達時差（OTDOA）等技術(shù)。在美國，F(xiàn)CC要求E911呼叫的手機輔助定位技術(shù)必須為測量的所有呼叫的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)中實現(xiàn)，并且不會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)市場帶來更準(zhǔn)確的蜂窩位置，并且不需要網(wǎng)絡(luò)運營商本身部署，它是蜂窩云定位（C-LoC）。該技術(shù)是一種先進的到達時間差（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，因為它是調(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，因為位置信息永遠不會像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)

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

審核編輯：郭婷