物联网应用无线连接方案系列中的资产追踪

 

在比较用于不同类型物联网应用的各种无线连接方案系列中，蓝牙技术联盟介绍了位置服务（Location Services）以及该服务的两个类别：

接近解决方案（Proximity Solutions）：两种方案中较简单的方案，使用一种或多种技术确定两个设备的相对位置。  

定位系统（Positioning Systems）：用于确定设备的物理位置并需要部署更复杂的基础设施。

接近解决方案可以细分成两种类型（如上图左侧所示）：

物品追踪解决方案（Item Finding Solutions）

物品追踪解决方案利用粘贴在钥匙圈、行李箱，遥控器和其他个人物品上的物品追踪标签。该标签可以在物品放错位置或丢失时追踪和定位物品。

地标信息系统（Point of Interest Information Systems）

当用户位于位置固定的设备附近时，通过智能手机向用户显示相关信息的应用。例如，当用户在逛购物中心时，一旦接近购物中心移动应用中所销售的商品，用户就会收到通知。

定位系统可以细分成两种类型（如上图右侧所示）：

实时定位系统（Real-Time Locating Systems，RTLS）

用于资产追踪以及设施内人员追踪。RTLS解决方案是一套以网络为中心的系统，可以追踪并向后台服务器报告位置，然后由后台服务器向用户提供这些信息。一般情况下，设备本身并不知道其所处位置。此类解决方案可以定位和追踪包括仓库中的托盘、叉车和工人，或医院中超声仪和患者的位置等，从而帮助确保安全并优化紧急情况下的响应时间。

室内定位系统（Indoor Positioning Systems，IPS）

IPS解决方案与RTLS解决方案的工作方式相反 —— 它们以设备为中心，设备可以知道其位置并向设备用户报告位置（通常通过智能手机应用程序）。室内定位系统包括机场、博物馆、购物中心、主题公园、医疗设施、会议中心等中的室内导航。

什么是资产追踪（Asset Tracking）

资产追踪可能是实时位置系统中最流行的应用。该应用与室内导航/寻路非常相似，不同的是该应用的目标是追踪移动物体，因此它是一个以网络为中心的应用（即系统追踪物体，并且物体通常不知道它们自己的位置）。两种应用中所采用的技术也十分相似，而且在很多时候都是相同的。

资产追踪的目标是通过追踪设施或封闭区域内的不同实物资产及其位置来满足各种用途需要，包括：

提高资产利用率(如追踪资产使用情况以及确定设备和工具的位置)

追踪物流中的资产（如库存和运输追踪）

分析商业环境下的消费者行为（如追踪超市中的购物者行为）。

追踪生产设施中的资产（如追踪制造管道中的资产）

在资产追踪过程中收集的数据用于支持决策、防止损失和最大限度地提高资产利用率指标。说到底，资产追踪的最终目标是节省企业的运营时间和成本。

资产追踪系统通常由两大类设备组成：

安装在设施内的固定定位装置。

安装在资产上或由被追踪者佩戴的追踪标签。

一般情况下还需要一个后台软件，也就是通常所说的定位引擎，这是系统中进行实际定位计算的主要部分。该系统还有其他用途，包括管理定位器设备、报告不同资产的位置，以及为用户提供一个对追踪指标进行数据分析操作的用户接口。

被追踪资产通常分为两大类：

库存物品：库存物品是企业可能永远不会再见到的资产。库存物品所需的追踪期通常很短，例如公司销售的物品、需要发送至分销商或消费者的物品等。

自有资产：这是属于企业自己拥有的资产。自有资产在整个生命周期都会被追踪，例如设施内供员工使用的工具和设备等。

这两类资产之间存在一些会影响追踪程度的差异。例如自有资产通常通过每件物品上的唯一序列号进行追踪，而库存物品由于可以互换，一般通过零件号和数量进行追踪。

以前的资产追踪均采用人工方式，因而产生了巨大的人力成本。而最新技术的进步（计算机、软件和无线技术）使自动化解决方案变得更加高效。

资产追踪应用实例包括：

在建筑工地追踪设备和提高利用率。

在制造设施中追踪生产线的效率。

用于医疗设施，例如在医疗机构中追踪医疗设备等

在仓库中进行物流追踪，如库存和运输等

在教育机构和设施中用于追踪昂贵的设备以防止丢失和盗窃

资产追踪具有哪些优势？

资产追踪能够给企业带来许多优势，其中最重要的优势有：

降低业务成本

提高工具和设备利用率

优化空间和设施的利用率

防止重要资产丢失和被盗

库存和运输的自动化管理

资产追踪系统无线技术最关键的属性

在选择用于资产追踪应用的无线技术时，需要考虑几个关键属性，包括：

可扩展性

定位分辨率（精度和延迟）

功耗（被追踪资产上的标签）

成本（设备成本、部署成本、维护成本等）

对于这些属性的容忍度在很大程度上取决于相关的应用。例如一些应用只需要知道某个资产是否存在于某个特定的房间中，而其他一些应用可能需要精确到高于米或厘米级的定位精度。

所需的精度还直接影响到部署和实施资产追踪系统的成本。一般而言，系统需要的精度越高，所涉及的成本就越高。

适用于资产追踪的无线技术比较

正如我们在之前所提到的，资产追踪应用与室内导航应用非常相似，因此最适合它们的无线技术也十分相似：

低功耗蓝牙

超宽带（UWB）

LPWAN（LoRa、LTE-M、NB-IoT）

RFID（有源）

还有一个解决方案虽然与物联网无关，但仍值得一提（因为其也是一种流行的替代技术） —— 计算机视觉技术（ComputerVision ）。计算机视觉指通过算法和技术的实现，使计算机能够识别数字图像中的人和物体。随着计算机视觉技术的发展，目前已经可以使用摄像系统实时识别和追踪资产。计算机视觉系统的主要缺点是在对视频/图像及其内容进行分析时需要极高的带宽，尤其是在实时分析时

低功耗蓝牙

低功耗蓝牙（BluetoothLow Energy）是资产追踪应用中最流行的无线技术之一。在资产追踪应用中使用低功耗蓝牙的一些主要优点包括：

低功耗

低成本

支持大规模部署

低功耗蓝牙的一些缺点包括：来自同一频谱中的其他信号可能会产生干扰，以及依靠RSSI的系统精度只能达到中等。

蓝牙Beacon常用于资产追踪系统。实现该方案需要在设施内的特定区域安装定位器设备，该设备接收由附加到不同资产的标签（作为蓝牙信标）传输的信号。蓝牙Beacon将数据包发送至距离内的每个定位器，并将这些数据包的接收信号强度指示器（Received Signal Strength Indicator，RSSI）报告给后台服务器。后台服务器定位到所有定位器设备，并可以运用RSSI信息确定设施内蓝牙Beacon（资产标签）的大致位置。

2019年，蓝牙标准技术规格5.1版本引入了一项激动人心的新功能 ——蓝牙寻向（Bluetooth Direction Finding）。这项新功能可以让蓝牙低功耗设备根据出发角（AoD）和/或到达角（AoA）大幅提高蓝牙设备的位置精度。

AoA较为适合资产追踪。如果使用这项技术，那么一个设施中会安装多个定位器装置（接收器）。每个定位器都有一个天线阵列，该阵列被用于确定从单天线蓝牙Beacon（资产标签）接收信号的到达角。之后，可以通过RSSI和AoA信息来更精确地确定标签的位置。最后，一般通过网络接口（通过后台服务器）将资产位置报告给资产追踪系统的用户。

超宽带（Ultra-Wideband，UWB）

超宽带是一项在室内导航系统中十分流行的短距离无线电技术。UWB的运行频率范围是3.1到10.6 GHz，带宽至少为500 MHz。

基于UWB的室内定位系统与低功耗蓝牙Beacon解决方案的不同之处在于，UWB利用传输时间而不是RSSI测量值来估算距离（该距离之后将被用于三边测量计算以确定设备位置）。

这种方法的基本原理是根据信号从发射器传播到接收器所花费的时间和信号速度来计算从一个设备到另一个设备的距离。最后将这些值用于三边测量法，确定目标设备的位置。

下面是UWB资产追踪系统的几个优点：

由于运行频带范围极宽，因此精度高于其他技术中使用的RSSI技术（任何射频信号传输时间的测量都与其带宽相关）

凭借以下特点，可以减少对其他信号的干扰：

1. 可在不同的频谱中工作

2. 低发射功率

3. 较短发射持续时间

下面是UWB在用于资产追踪应用时的几个缺点：

1. 成本高昂，有时令人望而却步

2. 缺乏全球标准，在全球没有统一的规范

LPWAN技术（LoRa、LTE-M、NB-IoT）

近期，LPWAN技术在资产追踪应用领域日益流行，尤其是当需要远程追踪时。基于LPWAN的解决方案通常使用辅助GPS（A-GPS）来确定位置。但这种方法在室内会受到限制，因此在这种情况下，解决方案需要通过基于RSSI或飞行时间（ToF）的三角测量法来确定位置。

由于LPWAN技术的高延迟，这些解决方案通常只能用于追踪移动范围有限的设备，无法追踪数量多的移动设备。延迟也与定位计算的精度直接相关，所以这些解决方案通常无法提供足够精确的定位计算。

RFID

我们要讨论的最后一种资产追踪系统可以使用的无线技术是射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）。基于RFID的资产追踪系统通常使用RSSI测量来确定位置。

RFID标签分为两种类型：无源和有源。资产追踪系统一般使用有源射频识别标签而不非无源标签，这是因为有源标签的工作范围更大。

RFID资产追踪系统的一些缺点包括：

有源RFID标签的成本高

需要许多标签才能提供准确的定位

在某些情况下精度较低

现在让我们根据我们所列出的关键属性来比较这几项最常见的技术：

后续讨论

大多数资产追踪系统会使用多种技术，而且每种技术都有不同的用途。例如Wi-Fi可用于设施内不同定位器和后台服务器之间的数据传输，而低功耗蓝牙和UWB等技术最常用于确定区域内目标设备的位置。

在选择用于资产追踪的技术时，所需要考虑的最重要属性是定位精度。一般而言，精度越高，成本就越高，系统就越复杂。这会在很大程度上影响为资产追踪系统所选择的技术。有一点很重要：由于增加了寻向功能，因此蓝牙技术能够以较低的成本实现高精度，尤其是在考虑到总体成本的情况下。

有些资产追踪系统还可以通过设备端来采集传感器数据。为此，可在附着在被追踪设备上的资产标签中加入传感器。在这种情况下，延迟对所使用技术的可行性起着至关重要的作用。

 

 

 

原文标题：物联网应用的无线连接选项—资产追踪

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责任编辑：haq