一文看懂三種無線局域網定位技術:WiFi、藍牙和UWB

文章來源:互聯網 編輯:商城眾網 發表時間:2019年07月27日 0

在萬物互聯的大背景下,位置信息的獲取和應用在項目落地中越來越重要。相對于室外定位,室內定位的工作環境更為復雜、精細,其技術更是多種多樣。

一般情況下,我們根據技術原理和使用信號源的不同,可以將室內定位技術分為以下這些:

按定位原理劃分:ID 定位、區間定位、三邊定位、信號到達角定位、指紋定位、慣性推算等;

按定位所使用的信號源劃分:WiFi定位、ZigBee定位、藍牙定位、UWB定位、RFID定位、衛星定位、低頻觸發定位、基站定位、聲波定位、光定位、地磁定位等。

未來,室內定位技術將席卷我們生產、生活的方方面面,例如:智慧工廠人員及貨物管理與調度、 生產安全管理、地下停車場尋車導航、智慧大樓人員/訪客定位管理、 會展位置導航等。

下面我們就來探討一下,目前的行業應用中比較常見的、基于無線局域網的三種室內定位技術。

WiFi

WiFi定位,2010年前后,開始在基于定位標簽的人員監控行業領域應用起來,2013年,基于手機的WiFi探測等應用也隨之嶄露頭角。

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目前,WiFi定位是比較流行的一種室內定位技術,其定位方法是基于信號強度的傳播模型法和指紋識別法。

信號強度的傳播模型法,是指使用當前環境下假設的某種信道衰落模型,根據其數學關系估計終端與已知位置AP間的距離,如果用戶聽到多個AP信號,就可以通過三邊定位算法來獲得用戶的位置信息;指紋識別法,則是基于WiFi信號的傳播特點,將多個AP的檢測數據組合成指紋信息,通過與參考數據對比來估計移動物體可能的位置。

在定位精度為米級的一些場景,可利用WiFi進行覆蓋,該技術適用于對人/車的定位導航,醫療機構、商場、主題公園等場景。

藍牙

2014年左右,基于藍牙的定位技術開始在監控定位領域被應用。

2017年7月,藍牙mesh正式推出,在一年半的時間里,已經有超過105種具有藍牙mesh網絡功能的產品獲得認證,其中包含芯片、協議棧、模組及終端產品供應商等。

為了滿足位置服務市場不斷增長的需求,全新藍牙5.1標準新增了尋向功能,可幫助設備明確藍牙信號的方向,進而幫助開發者解讀設備方向的藍牙接近(proximity)解決方案,實現厘米級位置精度的藍牙定位系統。

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基于位置的藍牙服務解決方案通常分為兩類:接近類解決方案和定位系統。無論是實時定位,還是室內定位,原理都是類似的,即在數據包傳輸中加入RSSI(接收信號強度)機制,通過RSSI來虛擬出產品的大致范圍,再通過三邊測量法,實現相互交集的測量算法,最終完成室內定位。

藍牙定位,只要設備的藍牙功能開啟,就能夠對其進行定位。藍牙傳輸不受視距的影響,但對于復雜的空間環境,藍牙系統的穩定性稍差,受噪聲信號干擾大,且藍牙器件和設備的價格比較貴。

根據《2019藍牙市場最新資訊》顯示,位置服務已成為增長最快的藍牙解決方案,預計未來五年其年復合增長率將達到43%。

藍牙定位主要用于對人的小范圍定位,例如單層大廳或商店,現在已經被某些廠商開始用于LBS推廣。

UWB

近年來,隨著UWB芯片方案的成熟和成本的下降,國內研究UWB定位技術的公司不斷涌現。UWB是一種傳輸速率高(最高可達1000Mbps以上),發射功率較低,穿透能力較強的無線定位技術。

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UWB定位是由多個傳感器采用TDOA(Time Difference of Arrival,到達時間差)和AOA定位算法對標簽位置進行分析,具有多徑分辨能力、精度高、定位精度可達厘米級等特點。

TDOA是一種利用到達時間差進行定位的方法又稱為雙曲線定位。標簽卡對外發送一次UWB信號,在標簽無線覆蓋范圍內的所有基站都會收到無線信號。如果有兩個已知坐標點的基站收到信號,標簽距離兩個基站的間隔不同,那么這兩個基站收到信號的時間點是不一樣的。

基于信號時間的定位系統,例如UWB,一旦遇到墻體遮擋的情況就需要重新部署。同等面積,房間數量增加一倍,基站用量也將增加一倍,其在空曠場景基站更易部署。

目前使用UWB定位技術的行業是隧道、化工廠、監獄、醫院、養老院、礦井等行業。

局域網定位技術的比較

上述幾種基于無線局域網的定位技術,其中,超寬帶的定位系統,定位精度一般可達厘米級,但這樣的定位應用范圍較小,需對網絡重新進行部署,并且使用者需要使用專用的信號測量設備,實現成本較高;其他定位方式的精度雖然稍差,同時成本也較低,一般使用信號強度作為參考。

這幾種無線局域網一般應用于室內場景,受到室內環境的復雜影響,信號接收強度會容易波動,僅使用信號強度很難實現精確定位。

因此,根據測量參數的不同,還可以使用基于接收信號到達時間法和基于接收信號到達角度的方法實現定位。

WiFi、藍牙和UWB這三種技術,就定位精度來講,UWB可達厘米級的定位,藍牙為厘米到米級,而WiFi僅為米級的精度;就抗多徑和抗干擾方面,UWB明顯好于其他兩者;就傳輸距離來看,WiFi是最遠的,UWB次之,藍牙傳輸距離最近;此外,在建設成本方面,UWB的成本要遠遠高于WiFi和藍牙。

無線局域網定位主要應用于室內定位,根據信號的特點以及網絡架構不同,其定位精度可從厘米級到米級。不同的場景,我們在選擇具體的定位技術時,不光要考慮精度性能,還得考慮成本和功耗。因此,盡管UWB精度最高,但是其他的定位技術也各有自己的市場。

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