为物联网设计添加位置的价值

物联网世界

物联网是一个包罗万象的宇宙，它已经内在地编织在我们世界的许多方面。随着第四次工业革命的不断创新，这种交织将呈指数级增长。

物联网已经存在了几十年，但随着创新，更重要的是，移动性的增加，企业正在更快地接受物联网，并意识到对位置感知的迫切需求。提供来自设备的“内容”很重要，但“位置”是物联网硬币的另一面，可以提供有关报告数据的重要上下文。

物联网中的连接性意味着系统、流程和人员的可见性要高得多。曾经手动完成的任务现在已自动化，因此检测、分析和操作只需几秒钟即可完成。此外，作为这种自动化的一部分提供的智能意味着问题在再次发生之前得到解决，企业可以更有效地管理其生产力和产出。

位置是主要分析

预测了数十亿个物联网连接设备，无论是托盘跟踪器、车队管理平台还是紧急响应按钮，了解设备在特定时间的位置提供了无限量的智能，可以据此采取行动。因此，许多大型企业、MNO/MVNO、设备制造商、调制解调器和模块制造商、云服务等都宣布推出定位技术和平台。谷歌地图于2005年推出，长期以来一直使开发人员能够在其应用程序中包含地理空间信息。许多其他公司也纷纷效仿，例如亚马逊的AWS地图，微软的Azure Maps最近推出了其平台，该平台为开发人员提供了一套地理定位服务，以向其应用程序添加地理空间功能。移动网络运营商正在为物联网设备提供定位服务，包括AT&T与DataFlow，Verizon Wireless与ThingSpace，以及T-Mobile为其网络上的设备提供服务，其中包括定位功能。

位置注意事项

过去，GPS是定位事物的事实标准。对于某些用例，精度可能不那么理想，但 GPS 在当时提供了足够好的估计。自 1980 年代向公众推出 GPS 以来，许多其他定位技术已经进入市场并取得了不同程度的成功。对这些技术进行简单的比较并不容易，因为要为特定用例发现正确的技术，需要太多因素。

确定最佳位置平台时必须考虑的问题包括：

功率/电池寿命–对于需要较长寿命的用例，需要使用最少功率的技术。

安全性–虽然每个用例都需要一定程度的安全性，但在考虑利用位置作为解决方案一部分的用例时，位置平台绝对安全至关重要。

准确性 – 例如，取决于用例是否需要毫米精度或仅知道一个物体在 200-500 米范围内，将有助于识别理想的位置平台 – 或两个或多个解决方案的混合。

覆盖范围 – 如果用例依赖于无缝的室内和室外覆盖，则选择两个或多个平台的混合解决方案，或利用蜂窝网络。

尺寸 – 对于需要小尺寸的用例，这意味着更少的无线电、电池和天线，可能需要考虑精度或电池寿命等其他考虑因素。

成本–当需要非常低成本的跟踪器时，仅使用一个消耗最少功率的无线电是理想的。

渐进式改进 – 与 GPS 网络一样，随着时间的推移，已经进行了升级以提高准确性，但这意味着发射昂贵的新卫星。理想的位置解决方案是自我修复，并使用机器学习在每次查找位置时自我改进。

设备上的本机位置 – IoT 设备通常没有设计的位置功能。选择具有嵌入式定位技术的解决方案非常重要，这些解决方案可以在设备上轻松激活并进行无线 （OTA） 更新。这允许立即扩展。

定位技术

让我们看一下一些最常用的解决方案以及它们提供的功能。

全球定位系统

全球定位系统（GPS）最初由美国国防部在1970年代初开发，专门由美国军方使用。该卫星系统于1980年代开放供民用，并于1995年全面投入使用。

从太空广播的GPS信号的准确性取决于大气条件，卫星位置（精度的几何稀释），看到的卫星数量和其他因素。GPS接收机需要卫星网络的清晰视线，并且由于多路径误差可能发生在密集的城市地区，树木繁茂的地区，隧道或其他有盖结构中，结果可能不太理想。GPS定位的预期精度在10米到100米之间，具体取决于上述因素。

GPS 不适用于室内定位，因此其使用仅限于室外，在密度较低的区域效果最佳。GPS设备上的功耗可能远远超过任何其他定位技术，因为它的搜索算法可以在没有卫星可见的情况下继续运行，因此应该设计用于具有更大电池储备或可充电格式的用例。此外，还需要考虑设备尺寸限制。

无线网络

预计到 2022 年，公共 Wi-Fi 热点将增长到超过 5 亿。Wi-Fi 是一种基于邻近性的位置解决方案，它观察来自报告的 Wi-Fi 接入点 （AP） 位置的信号强度，这些位置由第三方（如 Google）存储。

Wi-Fi功耗低于GPS，但范围有限，可能需要额外的设备才能为大型设施提供足够的覆盖范围。像墙壁或金属结构这样简单的障碍物可能会干扰信号。Wi-Fi修复的预期精度约为25m到300m。

如果还需要室外覆盖，Wi-Fi与GPS或其他解决方案相结合将为许多用例提供足够的覆盖范围。使用混合解决方案确实会增加成本、尺寸和功耗，并且设备在从室内环境移动到室外环境时需要重新连接。这是提供良好室内和室外位置覆盖的常用技术，但对于许多需要 2 到 10 年左右的超低功耗物联网解决方案来说，这不是一个可能的解决方案。

蓝牙

蓝牙于1996年推出，是英特尔，爱立信和诺基亚的合作，致力于创建共享的短距离无线技术以推向市场。2002年，IEEE批准了802.15.1规范。

快进到 2019， 蓝牙最近推出了蓝牙 5.0 具有更大的范围和速度，可用于许多设备之间的连接。低功耗蓝牙 （BLE） 的引入可在更高功率的应用中实现更低的功耗或长达 4 倍的距离。蓝牙定位技术是一种近距离应用，可以提供良好的室内精度，但需要构建硬件密集型网络才能在大面积上提供精度。要获得引用的 2m 精度， 设备需要在信标的 6m 范围内。

无线射频识别

早在第二次世界大战期间，全球军方使用的第一个射频识别（RFID）系统是被动的。英国迅速开发了一种有源RFID解决方案，该技术迅速创新为我们今天看到的解决方案。RFID标签非常小且便宜，可以将它们附加到许多不同的资产上。

由于RFID的范围非常有限，RFID是一种仅限室内的定位解决方案，通常用于跟踪物品何时通过阻塞点，例如零售店的门或装配线上的物品。RFID已被用于提高许多供应链的效率， 但采用并没有像它可能的那样广泛， 部分原因是其范围和信标硬件部署成本有限。据估计，RFID市场有99%尚未开发，部分原因是安全问题。

细胞的

使用商业蜂窝网络的定位可以通过多种方式实现;因此，具有不同程度的准确性等因素。常用的方法是小区ID方法，其中调制解调器输出服务小区和可能的相邻小区的无线电信息和信号强度。数据被输入跟踪塔位置的第三方数据库（类似于Wi-Fi定位技术）。馈送到第三方API的蜂窝塔信息对象示例包括蜂窝ID、位置区号、移动国家/地区代码、移动网络代码、信号强度和检测到的信号塔的时序提前。这种类型的位置预计将允许大约300m到3km的位置，具体取决于网络的密度。如果高度定位精度不是关键，那么这是一种非常简单、廉价的技术，可以实现无缝的室内和室外覆盖。

另一种正在使用的蜂窝技术是运营商自己应用的运营商网络技术。这些是基于标准的，包括复杂的体系结构实现。这包括与LTE全频段网络一起使用的观测到达时差（OTDOA）等技术。在美国，FCC要求E911呼叫的手机辅助定位技术必须在50米内为67%的测量呼叫提供位置。

该技术提供了良好的精度水平，但由运营商控制，只能通过它们获得。今天，它的使用似乎仅限于紧急定位系统中手机的定位技术。

物联网设备带宽较低的CAT-M系统具有OTDOA标准，但尚未在网络中实施，并且不会提供与上述全频段解决方案相同的精度。

一种较新的技术可以为物联网市场带来更准确的蜂窝位置，并且不需要网络运营商自己部署，这是蜂窝云定位（C-LoC）。该技术是一种先进的到达时差 （TDOA） 方法，可用于 CAT-M 和 NB-IoT 设备，允许 10m 到 200m 的定位精度，同时需要比物联网设备已经用于通信的额外功率非常低，因为它是调制解调器固件的一部分。该技术允许非常安全的连接，因为位置信息永远不会像GPS那样存在于设备上。该技术是需要在室内和室外精确定位的超低功耗物联网设备的理想解决方案。

总结

无论使用何种技术，随着物联网连接的扩展，位置对于提供上下文将变得越来越重要。位置是主要分析，它支持改善客户体验、生产力和底线的关键数据。

审核编辑：郭婷