物聯網定位技術綜述

林吉

摘 要：無線通信技術的發展推動了物聯網時代的到來，越來越多的應用都需要自動定位服務?！拔铩惫濣c位置是反映網絡狀態的重要信息，在物聯網發展和應用中占據重要地位。本文對當今三類物聯網定位技術進行綜述，介紹它們各自的原理和應用場景，對這些技術在精度、范圍和移動性等方面進行比較。

關鍵詞：定位技術；GPS；性能

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A

物聯網通過實現人對物的管理、物對物的自主管理，達到物的信息網絡化，實現信息資源共享和交換。物聯網定位就是采用某種計算技術，測量在選定的坐標系中人、設備、以及事件發生的位置，是物聯網科學發展和應用的主要課題之一。物聯網中常用的定位技術主要有GPS、移動蜂窩測量技術、WLAN、短距離無線測量（Zigbee、RFID）、WSN等。本文主要介紹了前3種技術的基本原理、定位特點和應用場合，并對以上幾種技術性能進行對比。

1. 定位技術分類

1.1 GPS定位。GPS是物聯網延伸到移動物體，采集移動物體信息的感知技術。其定位的基本原理是GPS接收機將高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，并測量出到衛星的距離，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衛星信號時，便可列出4個定位方程，聯立可求出觀測點位置。GPS可實現全天候、高精度、連續迅速的三維定位 （緯度、經度和高度）和測速，這在車輛導航管理，測繪與跟蹤服務中扮演著重要角色。圖1為GPS車載定位系統示意圖：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和濾波處理，還原出GPS 衛星發送的導航電文，或采用測后處理的方式，獲得定位、測速、定時等數據。導航計算機承擔整個系統的管理、控制和實時數據處理。外設包括鍵盤和視屏監控器等，是進行人機交流部件。

1.2無線蜂窩定位。受移動互聯網發展的推動，基于CDMA技術的3G及4G移動通信能夠實現民用級的導航定位，成為人們關注的焦點。蜂窩網絡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，移動臺接收多個發射機信號，確定其與各發射機的幾何位置關系，再由移動臺計算出位置。主要定位方法有：應用于TDMA系統的下行鏈路E-OTD方法、上行鏈路TDOA方法和應用于CDMA系統的下行鏈路OTDOA-IPDL方法。方案二是基于網絡的定位系統，是接收機同時檢測移動臺發射的信號，將接收信號攜帶的移動臺位置信息送到網絡中的移動中心處理，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，由集成在移動臺的GPS定位裝置實現定位功能。

1.3 WLAN定位技術。WLAN定位就是在無線局域網中通過對接收到的無線電信號的特征信息進行分析，根據特定的算法來計算出被測物體所在的位置。首先，系統建立WLAN信號在覆蓋區域下的信號空間，推導出信號覆蓋的覆蓋模型。然后，無線局域網定位系統在需要被定位的WLAN客戶端進行空間信號的實時采樣，采集的數據指用戶攜帶的無線通信設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，搜索相應的定位算法，得出位置預測結果，并最終通過顯示模塊顯示出來，如圖2所示。

2.定位技術性能對比

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不能室內定位。蜂窩定位的優勢在于定位方便，速度快，只要定位終端處于移動通信的覆蓋范圍內，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，無法定位。WLAN定位速度快，但精度低，可在室內進行，但必須在互聯網支持下運行，定位范圍有限，WLAN將在較長時間內稱為蜂窩系統網絡的重要補充。另外兩個短距離的定位技術Zigbee和RFID都支持移動性且靈活性高，Zigbee優點是功耗低，時延短，缺點是只能專網專用，數據傳輸速率低，適用于較小區域內長時間的定位，精度可達1～3m。RFID實現成本低，用于人員的識別定位并不側重位置精度，實時性強，定位時間少于1s，可在惡劣的環境下工作，顯著優勢是安全性好、成本低，但作業距離近。

結語

綜上所述，定位技術有其自身的特點和應用場景，物聯網感知終端所在的環境不同，實際中可根據定位場景的需要選擇相應技術。面對復雜的應用環境，任何單一種定位方法不足以滿足需求時，只有將他們有機結合起來才能達到預期目標。

參考文獻

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

[2]曾憲武，包淑萍.物聯網導論[M].北京：電子工業出版社，2016.

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