物聯網宇宙

物聯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。隨著第四次工業革命的不斷創新，這種交織將成倍擴大。

物聯網已經存在了幾十年，但隨著創新，更重要的是移動性的提高，企業正在更快地擁抱物聯網，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。

物聯網中的連接性轉化為系統、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生之前得到解決，企業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、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：物聯網市場規模

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。

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，但這意味著發射昂貴的新衛星。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

全球定位系統 （GPS） 最早由美國國防部于 1970 年代初開發，并由美國軍方獨家使用。該衛星系統于 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、衛星位置（精度的幾何稀釋）、所見衛星數量和其他因素而異。GPS 接收器需要清晰的衛星網絡視線，并且由于多徑誤差（可能發生在密集的城市地區、茂密的樹木繁茂的地區、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星可見的情況下繼續運行，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境移動到室外環境時需要重新連接。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

早在二戰時期，全球軍方使用的第一個射頻識別 （RFID） 系統是無源的。英國人迅速開發了有源 RFID 解決方案，并且該技術迅速創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，部分原因是出于安全考慮。

蜂窩

使用商業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 ID 方法，其中調制解調器輸出服務小區和可能的相鄰小區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。

物聯網設備帶寬較低的 CAT-M 系統具有 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