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      物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)綜述

      2017-01-20 18:21林吉
      中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2017年2期
      關(guān)鍵詞:定位技術(shù)性能

      林吉

      摘 要:無線通信技術(shù)的發(fā)展推動了物聯(lián)網(wǎng)時代的到來,越來越多的應(yīng)用都需要自動定位服務(wù)?!拔铩惫?jié)點位置是反映網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的重要信息,在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用中占據(jù)重要地位。本文對當今三類物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)進行綜述,介紹它們各自的原理和應(yīng)用場景,對這些技術(shù)在精度、范圍和移動性等方面進行比較。

      關(guān)鍵詞:定位技術(shù);GPS;性能

      中圖分類號:P228 文獻標識碼:A

      物聯(lián)網(wǎng)通過實現(xiàn)人對物的管理、物對物的自主管理,達到物的信息網(wǎng)絡(luò)化,實現(xiàn)信息資源共享和交換。物聯(lián)網(wǎng)定位就是采用某種計算技術(shù),測量在選定的坐標系中人、設(shè)備、以及事件發(fā)生的位置,是物聯(lián)網(wǎng)科學(xué)發(fā)展和應(yīng)用的主要課題之一。物聯(lián)網(wǎng)中常用的定位技術(shù)主要有GPS、移動蜂窩測量技術(shù)、WLAN、短距離無線測量(Zigbee、RFID)、WSN等。本文主要介紹了前3種技術(shù)的基本原理、定位特點和應(yīng)用場合,并對以上幾種技術(shù)性能進行對比。

      1. 定位技術(shù)分類

      1.1 GPS定位。GPS是物聯(lián)網(wǎng)延伸到移動物體,采集移動物體信息的感知技術(shù)。其定位的基本原理是GPS接收機將高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù),并測量出到衛(wèi)星的距離,計算出接收機運動方向、運動速度和時間信息,當接收到大于等于4顆GPS衛(wèi)星信號時,便可列出4個定位方程,聯(lián)立可求出觀測點位置。GPS可實現(xiàn)全天候、高精度、連續(xù)迅速的三維定位 (緯度、經(jīng)度和高度)和測速,這在車輛導(dǎo)航管理,測繪與跟蹤服務(wù)中扮演著重要角色。圖1為GPS車載定位系統(tǒng)示意圖:天線捕獲并放大GPS 信號,GPS接收機記錄GPS 信號并對信號進行解調(diào)和濾波處理,還原出GPS 衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航電文,或采用測后處理的方式,獲得定位、測速、定時等數(shù)據(jù)。導(dǎo)航計算機承擔整個系統(tǒng)的管理、控制和實時數(shù)據(jù)處理。外設(shè)包括鍵盤和視屏監(jiān)控器等,是進行人機交流部件。

      1.2無線蜂窩定位。受移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的推動,基于CDMA技術(shù)的3G及4G移動通信能夠?qū)崿F(xiàn)民用級的導(dǎo)航定位,成為人們關(guān)注的焦點。蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的定位主要指對移動臺的位置坐標和定位精度估計,獲取時間戳等信息。有3種定位方案,方案一是基于移動臺的定位系統(tǒng),移動臺接收多個發(fā)射機信號,確定其與各發(fā)射機的幾何位置關(guān)系,再由移動臺計算出位置。主要定位方法有:應(yīng)用于TDMA系統(tǒng)的下行鏈路E-OTD方法、上行鏈路TDOA方法和應(yīng)用于CDMA系統(tǒng)的下行鏈路OTDOA-IPDL方法。方案二是基于網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng),是接收機同時檢測移動臺發(fā)射的信號,將接收信號攜帶的移動臺位置信息送到網(wǎng)絡(luò)中的移動中心處理,計算出移動臺的位置。方法有:基于Cell-ID或基于TA方法,上行鏈路TOA、TDOA和AOA定位方法。方案三是借助于GPS輔助定位系統(tǒng),由集成在移動臺的GPS定位裝置實現(xiàn)定位功能。

      1.3 WLAN定位技術(shù)。WLAN定位就是在無線局域網(wǎng)中通過對接收到的無線電信號的特征信息進行分析,根據(jù)特定的算法來計算出被測物體所在的位置。首先,系統(tǒng)建立WLAN信號在覆蓋區(qū)域下的信號空間,推導(dǎo)出信號覆蓋的覆蓋模型。然后,無線局域網(wǎng)定位系統(tǒng)在需要被定位的WLAN客戶端進行空間信號的實時采樣,采集的數(shù)據(jù)指用戶攜帶的無線通信設(shè)備測量出到達用戶的無線信號指標,包括信號傳輸時間(TOA)、到達角度(AOA)、強度(RSS),定位模塊利用采集到的這些信息,搜索相應(yīng)的定位算法,得出位置預(yù)測結(jié)果,并最終通過顯示模塊顯示出來,如圖2所示。

      2.定位技術(shù)性能對比

      GPS定位范圍最廣,定位精度小于50m,定位精度相對最高,支持節(jié)點高移動性,但GPS成本過高,冷啟動時間長,首次定位需要1分鐘,并易受電磁屏蔽影響,GPS不能室內(nèi)定位。蜂窩定位的優(yōu)勢在于定位方便,速度快,只要定位終端處于移動通信的覆蓋范圍內(nèi),便可隨時定位,不受天氣,建筑物的影響,但定位精度和定位范圍遜于GPS,在基站不足的偏遠地區(qū),無法定位。WLAN定位速度快,但精度低,可在室內(nèi)進行,但必須在互聯(lián)網(wǎng)支持下運行,定位范圍有限,WLAN將在較長時間內(nèi)稱為蜂窩系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的重要補充。另外兩個短距離的定位技術(shù)Zigbee和RFID都支持移動性且靈活性高,Zigbee優(yōu)點是功耗低,時延短,缺點是只能專網(wǎng)專用,數(shù)據(jù)傳輸速率低,適用于較小區(qū)域內(nèi)長時間的定位,精度可達1~3m。RFID實現(xiàn)成本低,用于人員的識別定位并不側(cè)重位置精度,實時性強,定位時間少于1s,可在惡劣的環(huán)境下工作,顯著優(yōu)勢是安全性好、成本低,但作業(yè)距離近。

      結(jié)語

      綜上所述,定位技術(shù)有其自身的特點和應(yīng)用場景,物聯(lián)網(wǎng)感知終端所在的環(huán)境不同,實際中可根據(jù)定位場景的需要選擇相應(yīng)技術(shù)。面對復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境,任何單一種定位方法不足以滿足需求時,只有將他們有機結(jié)合起來才能達到預(yù)期目標。

      參考文獻

      [1]肖竹,王東.物聯(lián)網(wǎng)定位與位置感知研究[J].中國科學(xué),2013,43(10):1265-1287.

      [2]曾憲武,包淑萍.物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論[M].北京:電子工業(yè)出版社,2016.

      [3]郎昕培,許可,趙明.基于無線局域網(wǎng)的未知定位技術(shù)研究和發(fā)展[J].計算機科學(xué),2006,33(6):21-24.

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