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，它已经从本质上编织了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，移动性的提高，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。从设备提供“什么”很重要，但“哪里”是物联网硬币的另一面，可以实现有关报告数据的重要上下文。

物联网中的连接性转化为系统、流程和人员的更高可见性。曾经手动完成的任务现在是自动化的，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

如图1所示，预测了数十亿个物联网连接的设备，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可以提供无限量的智能，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。Google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。许多其他人也纷纷效仿，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，以便为他们的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位置服务，包括带有数据流的AT&T，带有ThingSpace的Verizon无线，以及为其网络上的设备提供服务的T-Mobile，其中包括位置功能。

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为当时提供了足够好的估计。自20世纪80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，因为有太多的因素会影响到等式中，从而为特定用例发现正确的技术。

确定最佳位置平台必须考虑的问题包括：

电源/电池寿命 - 对于需要长寿命的用例，使用最少功率的技术是可取的。

安全性 - 虽然每个用例都需要一定程度的安全性，但在考虑将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。

精度 - 例如，根据用例是否需要毫米精度或仅知道事物在200-500米范围内，将有助于辨别理想的定位平台 - 或者两种或多种解决方案的混合。

覆盖范围 - 如果用例依赖于无缝的室内和室外覆盖，则选择是两个或多个平台的混合解决方案，或者利用蜂窝网络。

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，并使用机器学习来改善每个位置查找的自身。

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，该技术可以在设备上轻松激活并更新无线（OTA）。这允许立即可伸缩性。

定位技术

让我们来看看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）最初由美国国防部于1970年代初开发，专供美国军方使用。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接收器需要对卫星网络有清晰的视线，并且由于多路径误差，这可能发生在密集的城市地区，树木繁茂的地区，隧道或其他覆盖的结构中，结果可能不如预期。GPS定位的预期精度在10m到100m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，并且在密度较低的区域效果最好。GPS设备上的用电量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时继续运行，因此应设计用于具有更大电池储备或可充电格式的用例。此外，还需要考虑设备大小限制。

无线网络

预计到 2022 年，公共 Wi-Fi 热点将增长到超过 5 亿个*，Wi-Fi 随时可用，并且是供室内使用的廉价平台。Wi-Fi 是一种基于邻近感应的位置解决方案，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会干扰信号。Wi-Fi定位的预期精度约为25米至300米。

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。这一直是提供良好的室内和室外位置覆盖的常用技术，但对于许多需要2至10年长电池寿命的超低功耗物联网解决方案来说，这不是一种可能的解决方案。

蓝牙

蓝牙于1996年推出，是英特尔，爱立信和诺基亚的合作，致力于创建一种共享的短程无线技术，以推向市场。2002年，IEEE批准了802.15.1规范。

快进到2019年，蓝牙最近推出了蓝牙5.0，具有更大的范围和速度，可在许多设备之间和之间进行连接。低功耗蓝牙 （BLE） 的引入可在高功率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接近范围应用，可以提供良好的室内精度，但需要构建硬件密集型网络以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）系统就是无源的。英国人迅速开发了一种有源RFID解决方案，该技术迅速创新到我们今天看到的解决方案。RFID标签非常小且价格低廉，可以将它们连接到许多不同的资产上。

由于RFID的范围非常有限，RFID是一种仅限室内的位置解决方案，通常用于跟踪物品何时通过阻塞点，例如零售商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，但采用率尚未达到应有的范围，部分原因是其信标硬件部署的范围和成本有限。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位置可以通过多种方式完成;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。数据被输入到跟踪塔位置的第三方数据库中（类似于Wi-Fi定位技术）。输入到第三方API的蜂窝塔信息对象的一个例子包括蜂窝ID，位置区号，移动国家代码，移动网络代码，信号强度和检测到的信号塔的定时提前。这种类型的位置预计将允许大约300m到3km的粗略位置顺序，具体取决于网络的密度。这是一种非常简单、价格低廉的技术，如果高度的位置精度不重要，则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。这些都是基于标准的，包括复杂的架构实现。这包括与LTE全频段网络一起使用的观测到到达时差（OTDOA）等技术。在美国，FCC要求E911呼叫的手机辅助定位技术必须为测量的所有呼叫的67%提供50米以内的位置。

该技术提供了良好的精度水平，但由载体控制，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位置技术。

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

一种较新的技术是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本身部署，它是蜂窝云定位（C-LoC）。该技术是一种先进的到达时间差（TDOA）方法，可用于CAT-M和NB-IoT设备，允许大约10m至200m的位置精度，同时需要非常低的额外功率，高于物联网设备已经用于通信的额外功率，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那样出现在设备上。该技术是需要在室内和室外精确定位的极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，它使关键数据能够改善客户体验、生产力和底线。

审核编辑：郭婷