基于物聯網定位的研究分析

摘要：物聯網（the Internet of Things）是近年來廣受關注的領域，被認為是信息網絡在現實世界的延伸，是我國國民經濟的重要增長點，將會在未來的科技創新和社會進步中扮演關鍵角色。近年來物聯網的研究及其相關技術正處在持續的蓬勃發展中，世界各國均把物聯網的研究與應用提到了國家級的戰略高度，我國的“十二五規劃”已經把物聯網產業作為戰略性新興產業。

關鍵詞：物聯網技術；定位分析；GPS

一、 物聯網的簡介

物聯網的出現是計算機科學技術的新興挑戰。物聯網通信到處都有，所有的物體，從洗衣機到電視機、房屋到汽車都可以通過物聯網來實現信息交換。物聯網科技融入了射頻識別技術、傳感器技術、納米技術、智能技術與嵌入技術等技術。物聯網技術將成為改變人們生活和工作方式的重要技術。

通過在常用物品上嵌入一個短距離的移動收發器，然后在任何時空，人與人之間的溝通連接就可以擴展到人與物、物與物之間的溝通連接，這使人類在信息與通信世界中將獲得一個新的溝通維度。總結近年來關于計算機科學技術的變革，得出15年周期定律，即計算模式每隔15年發生一次變革。1965年前后出現大型計算機，1980年前后出現個人計算機，而1995年前后出現互聯網。目前，物聯網又將掀起一次科技革命。

二、 物聯網定位的無線信號體制

當前的無線通信技術，從大范圍的衛星通信到城域網范圍的移動通信以及短距離通信，都可以作為物聯網的傳輸手段。這些技術也可作為定位應用時的信號體制，有的專用于定位，有的則兼具節點通信和定位雙重功能。首先從定位范圍來看，以GPS為代表的衛星定位系統覆蓋面最廣，通過移動蜂窩基站定位（cellular based localization）提供的位置服務則次之，藍牙（Bluetooth）和RFID的范圍最小。實際生活可根據定位場景的需求來選擇相應技術，如GPS適用于車聯網定位，蜂窩定位滿足手機的使用。GPS可支持節點的移動性，其定位優勢表現在室外，在室內信號會嚴重衰減，且容易受到其他無線通信系統的干擾。蜂窩網定位是基于蜂窩移動通信技術開發，同樣是干擾受限系統。WiFi和UWB（ultra wide band）等技術定位范圍相對來說較小，常用于完成局部范圍內的相對定位。WiFi，Zig Bee和Blutooth都工作或者部分工作在ISM的開放頻段，因此共存能力不強且易受干擾。UWB信號由于占據網絡很大，功率譜的密度很低，因此其共存性能最好。靈活性和系統成本是相對應的，GPS 和蜂窩基站定位運行成本較高，但覆蓋范圍大，可以彌補靈活性的不足。WiFi，UWB和Zig Bee等也都支持移動性且靈活性高。

三、 物聯網定位技術的原理

（一） RFID技術

RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別，常稱為感應式電子芯片或近接卡、感應卡、非接觸卡、電子標簽、電子條碼等。射頻識別是一種利用無線射頻方式在讀寫器和電子標簽之間進行非接觸的雙向數據傳輸，以達到目標識別和數據交換目的的技術，也是目前市場上使用的比較成熟的產品之一。

RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。

射頻識別系統的基本模型中，電子標簽又稱為射頻標簽、應答器、數據載體；閱讀器又稱為讀出裝置、掃描器、通訊器和讀寫器（取決于電子標簽是否可以無線改寫數據）。電子標簽與閱讀器之間通過耦合組件實現射頻信號的空間（無接觸）耦合，在耦合通道內，根據時序關系，實現能量的傳遞、數據的交換。

（二） Zigbee技術

Zigbee是IEEE802.15.4協議的代名詞。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。Zigbee在中國被譯為“紫蜂”，它與藍牙相類似，是一種新興的短距離無線技術。

Zigbee技術就是通過在待定位區域布設大量的廉價參考節點，這些參考節點間通過無線通信的方式形成了一個大型的自組織網絡系統，當待定位區被感知對象的信息時，在通信距離內的參考節點能快速地采集到這些信息，同時利用路由傳播的方式把信息傳遞給其他參考節點，最終形成了一個信息傳遞鏈并經過信息的多級跳躍回傳給終端電腦加以處理，從而實現對一定區域的長時間監控和定位。

（三） 眾包定位

眾包這一概念能夠很好地用于室內定位應用中，也是當前研究中的熱點問題。以WiFi指紋匹配進行室內定位為例，利用當前各種配置豐富的智能終端，定位節點對WiFi信號的RSS測量數據和慣性傳感數據進行眾包，完成多源位置感知。在此過程中不需要指定特定節點完成眾包，能夠自動建立WiFi數據訓練集，節點用戶在參與過程中都能獲益，如能在缺乏室內環境先驗知識的情況下，自動重建內部的道路圖。

目前眾包定位存在一些問題，一是智能終端類型的多樣化，如品牌、天線和采用芯片存在差別，這會造成RSS測量的數據不完全相同，在眾包過程中需要對數據進行校正；二是眾包意味著開放式的節點的自愿參與，當未經添加的節點或者惡意節點上傳數據時，大量誤差也將隨之產生，因此尋求有效的錯誤數據檢測與去除機制是眾包定位系統中有待解決的問題。

四、 結語

物聯網是信息化和網絡化的新趨勢，將成為未來網絡發展的重要特征。在物聯網應用中，往往需要確定移動終端或其持有者、設施與物品的位置信息，完成對物品或其所有者的定位、跟蹤、監控和高層次開發，以實現物理空間和信息空間的融合。因此，位置感知技術研究將助力物聯網技術的發展，擴展未來網絡的感知范圍和領域，成為人們日常工作和生活不可缺少的一部分。

參考文獻：

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[3]高明，吉祥，劉宇，呂宏.ZigBee技術在室內定位中的應用[J].西安工業大學學報，2010，30（1）.

作者簡介：

鄭震寰，浙江省臨安市，浙江農林大學。