物聯(lián)網(wǎng)宇宙

物聯(lián)網(wǎng)是一個包羅萬象的宇宙，本質(zhì)上已經(jīng)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(kuò)大。

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?fù)肀锫?lián)網(wǎng)，并意識到對位置感知的迫切需求。提供來自設(shè)備的“什么”很重要，但“在哪里”是物聯(lián)網(wǎng)硬幣的另一面，它為報告的數(shù)據(jù)提供了重要的上下文。

物聯(lián)網(wǎng)中的連接性轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)、流程和人員的更大可見性。曾經(jīng)手動完成的任務(wù)現(xiàn)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(chǎn)力和產(chǎn)出。

位置是首要分析

如圖 1 所示，預(yù)測了數(shù)十億的物聯(lián)網(wǎng)連接設(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，知道設(shè)備在特定時間的位置提供了無限量的智能，可以根據(jù)這些智能采取行動采取。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 Maps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(wù)，以將地理空間功能添加到他們的應(yīng)用程序中。移動網(wǎng)絡(luò)運營商正在為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供定位服務(wù)，包括 AT&T 的DataFlow、Verizon Wireless 的ThingSpace和T-Mobile的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備服務(wù)，其中包括定位功能。

圖 1：物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模

位置注意事項

過去，GPS 是定位物體的事實標(biāo)準(zhǔn)。對于某些用例，準(zhǔn)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(shù)已經(jīng)進(jìn)入市場，并取得了不同程度的成功。對這些技術(shù)進(jìn)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(xiàn)針對特定用例的正確技術(shù)。

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(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，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(nèi)，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(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，其他考慮因素，如準(zhǔn)確性或電池壽命可能需要妥協(xié)。

成本——當(dāng)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(jìn)式改進(jìn)——與 GPS 網(wǎng)絡(luò)一樣，隨著時間的推移進(jìn)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。理想的定位解決方案是自我修復(fù)，并使用機(jī)器學(xué)習(xí)在每次定位查找時自我改進(jìn)。

設(shè)備上的本地定位——物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常沒有設(shè)計定位功能。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)備上輕松激活并通過無線 （OTA） 進(jìn)行更新。這允許立即可擴(kuò)展性。

定位技術(shù)

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(zhǔn)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(shù)量和其他因素而異。GPS 接收器需要清晰的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)中），結(jié)果可能不太理想。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(shè)備的耗電量可能遠(yuǎn)高于任何其他定位技術(shù)，因為它的搜索算法可以在沒有衛(wèi)星可見的情況下繼續(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)備尺寸限制。

無線上網(wǎng)

到 2022 年，公共 Wi-Fi 熱點預(yù)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(nèi)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(qiáng)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(shè)備才能為較大的設(shè)施提供足夠的覆蓋范圍。像墻壁或金屬結(jié)構(gòu)這樣簡單的障礙物都會干擾信號。Wi-Fi 修復(fù)的預(yù)期精度約為 25m 到 300m。

如果還需要室外覆蓋，Wi-Fi 結(jié)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(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)，但對于許多需要大約 2 到 10 年的長電池壽命的極低功耗物聯(lián)網(wǎng)解決方案來說，這不是一種可行的解決方案。

藍(lán)牙

藍(lán)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(shù)以推向市場。2002 年，IEEE 批準(zhǔn)了 802.15.1 規(guī)范。

快進(jìn)到 2019 年，藍(lán)牙最近推出了具有更大范圍和速度的藍(lán)牙 5.0，用于在許多設(shè)備之間進(jìn)行連接。低功耗藍(lán)牙 （BLE） 的推出可在更高功率的應(yīng)用中實現(xiàn)更低的功率或長達(dá) 4 倍的距離。藍(lán)牙定位技術(shù)是一種近距離范圍應(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)以提供大范圍的精度。要獲得引用的 2m 精度，設(shè)備需要在信標(biāo)的 6m 范圍內(nèi)。

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(shù)迅速創(chuàng)新為我們今天看到的解決方案。RFID 標(biāo)簽非常小且價格低廉，可以貼在許多不同的資產(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(yīng)鏈的效率，但采用并沒有得到應(yīng)有的廣泛應(yīng)用，部分原因在于其有限的范圍和信標(biāo)硬件部署的成本。據(jù)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(wǎng)絡(luò)的定位可以通過多種方式完成；因此，具有不同程度的準(zhǔn)確性和其他因素。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(qiáng)度。數(shù)據(jù)被輸入到跟蹤塔位置的第三方數(shù)據(jù)庫（類似于 Wi-Fi 定位技術(shù)）。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(wǎng)絡(luò)代碼、信號強(qiáng)度和檢測到的塔的時間提前。這種類型的位置預(yù)計允許大約 300m 到 3km 的粗略位置順序，具體取決于網(wǎng)絡(luò)的密度。這是一個非常簡單的，

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)一起使用的觀測到達(dá)時間差 （OTDOA） 等技術(shù)。在美國，F(xiàn)CC 要求用于 E911 呼叫的手機(jī)輔助定位技術(shù)必須為 67% 的測量呼叫提供 50m 范圍內(nèi)的定位。

該技術(shù)提供了良好的準(zhǔn)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(jī)的定位技術(shù)。

圖 2：LTE 版本 9/10 中的定位架構(gòu)。由愛立信提供。

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(shù)可以為物聯(lián)網(wǎng)市場帶來更準(zhǔn)確的蜂窩定位，并且不需要網(wǎng)絡(luò)運營商自己部署，那就是蜂窩云定位 （C-LoC）。該技術(shù)是一種先進(jìn)的到達(dá)時間差 （TDOA） 方法，可用于 CAT-M 和 NB-IoT 設(shè)備，可實現(xiàn) 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(jīng)使用的功率通信設(shè)備，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(yuǎn)不會像 GPS 那樣出現(xiàn)在設(shè)備上。對于需要在室內(nèi)和室外進(jìn)行精確定位的超低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，該技術(shù)是一種理想的解決方案。

概括

無論使用何種技術(shù)，隨著物聯(lián)網(wǎng)連接的擴(kuò)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(guān)鍵數(shù)據(jù)來改善客戶體驗、生產(chǎn)力和利潤。

圖 3：定位技術(shù)概述

審核編輯：郭婷