物联网时代下的室内定位技术解析

在物联网背景下无线定位技术应用越来越广泛。提到定位技术，人们首先想到的是传统的GPS，比如开车出去旅游，到陌生的地方拜访客户用到的都是GPS。除了室外定位技术，还有很多的室内技术，目前主流的室内定位技术包括wifi，BLE，Zigbee，UWB，RFID等技术。根据应用场景的不同，可以采用不同的定位技术，以满足客户的需求。

基于信号强度

目前的主流定位技术，主要是采用信号强度的方式，或再组合上其他的技术。因为射频收到多径传输的影响，当被定位的设备位置变动时，即使是一个轻微的移动，也可能导致信号强度发生 10dBm 的变化，必须结合上其他的定位技术，才能取得比较好的精度。      

       

                                                

WiFi

Wi-Fi为WLAN的标准化组织，其设备均遵循802.11协议，从1999年发展已经有好几代，从802.11，802.11B，802.11A/G，802.11N，802.11AC，其传输速率也越来越高，从最早的2Mbps 到现在的Gbps，Wi-Fi逐渐被广大用户所接受。现在所有的智能手机都集成了WiFi 的射频，所以，推广基于WiFi 的LBS，已经逐步给各大厂商看中。Wi-Fi 定位除了商业场景的定位之外，其实，可以逐步把Wi-Fi 定位当成GPS 定位的重要补充，通过收集全球Wi-Fi 设备的位置，实现在社区，乃至室内的较精确定位，可以精准判断出所在的楼乃至精确到那个单元。

 

优点：

广泛普及，所有智能终端中都有Wi-Fi，普及程度和GPS 类似；

有一定的广域性；

定位精度满足部分商业场景的应用。

缺点：

定位精度不高，受多径的影响大，很难在工业环境中使用；

功耗高。

 

BLE

BLE（Bluetooth Low Energy）是蓝牙协议的在一个子协议，也称为低功耗蓝牙。低能耗蓝牙 (BLE)技术是低成本、短距离、可互操作的鲁棒性无线技术，工作在免许可的2.4GHz ISM射频频段。它从一开始就设计为超低功耗(ULP)无线技术。它利用许多智能手段最大限度地降低功耗。

蓝牙定位有两种模式可以选择，一种是终端定位的方式，终端可以测量其所在处的接收信号强度（RSSI），以此估算与信标间的距离。因此，只要终端附近有三个或以上信标，就可以用三边定位方法计算出终端的位置，最典型的是手机作为终端。另外一种定位方式通过后台定位，终端发送beacon 信号，蓝牙网关将收到Beacon的信号强度或达到角度通过网络传输到后台服务器，服务器进行位置计算。

 

 

优势：

功耗低，一般用电池供电的Beacon 可以工作两年左右；

终端多，所有的手机都支持BLE；

缺点：

采用信号强度/RSSI 定位的精度不够。

 

Zigbee

ZigBee 是基于 IEEE802.15.4  标准的低功耗局域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、高数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。采用 Zigbee  定位，最大的优势是其功耗低，另外，Zigbee  支持自组网，其传输通道更为简单。在国内，用 Zigbee  的方式，广泛应用于煤矿定位、监狱人员定位等。

Zigbee定位主要还是信号强度RSSI 定位的方法，其定位精度一般比较低，在10米左右，国内早期比较多采用ZigBee 进行定位，并且用ZigBee 通过Mesh 方式传输到后台，但ZigBee 的频宽一般只有500Kbps，其数据通道局限性比较大，导致系统的容量无法上去。

 

 

优点：

低功耗；

自组网，工作距离远，部分基站可以采用电池供电，简化了系统安装；

缺点：

系统容量低；

定位精度不高。

 

UWB

UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。脉冲无线电（IR-UWB）是传统的超宽带技术，它利用频带极宽的超短脉冲进行通信，通常又称为基带、无载波或脉冲系统。这种方案中，发射机产生基带窄脉冲序列，并通过脉冲位置调制(PPM )或脉冲幅度调制(PAM)等调制方式携带信息，基带窄脉冲序列通过跳时（TH）扩频码选择时隙后直接发送到空中，而无需对载波进行调制。TH-UWB方案与传统的无线通信技术相比，系统收发机结构简单，系统功耗小，成本低，具有良好的定位功能。

UWB能准确分辨出多径，并且其时钟精度非常高，达到纳秒级，在定位测距中，可以达到分米级的定位精度。

UWB 定位技术可以支持基于测距(ToF)的定位，达到时间差（TDoA）定位，到到角度（AoA）的定位方式，其定位精度比较高，可以根据应用场景对其精度进行优化，最高可以达到厘米级的定位精度。

 

优点：

定位精度高，常规为30cm 左右精度，最高可以达到厘米级精度；

环境适应性好，不需要类似指纹技术一样，重新对环境校准，可以根据需要选择ToF，TDoA 或AoA 定位；

容量高，根据模式的不同，可以实现无限容量的的定位，类似GPS，采用常规TDoA 模式，在单区域也可以达到近4000Hz 的定位频率；

功耗低，标签的工作时间可以达到数月，甚至数年。

 

缺点：

成本较高，主要是因为普及程度不够。