基于物聯(lián)網(wǎng)定位的研究分析

摘要：物聯(lián)網(wǎng)（the Internet of Things）是近年來(lái)廣受關(guān)注的領(lǐng)域，被認(rèn)為是信息網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)實(shí)世界的延伸，是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要增長(zhǎng)點(diǎn)，將會(huì)在未來(lái)的科技創(chuàng)新和社會(huì)進(jìn)步中扮演關(guān)鍵角色。近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的研究及其相關(guān)技術(shù)正處在持續(xù)的蓬勃發(fā)展中，世界各國(guó)均把物聯(lián)網(wǎng)的研究與應(yīng)用提到了國(guó)家級(jí)的戰(zhàn)略高度，我國(guó)的“十二五規(guī)劃”已經(jīng)把物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；定位分析；GPS

一、 物聯(lián)網(wǎng)的簡(jiǎn)介

物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新興挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)通信到處都有，所有的物體，從洗衣機(jī)到電視機(jī)、房屋到汽車都可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息交換。物聯(lián)網(wǎng)科技融入了射頻識(shí)別技術(shù)、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能技術(shù)與嵌入技術(shù)等技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將成為改變?nèi)藗兩詈凸ぷ鞣绞降闹匾夹g(shù)。

通過(guò)在常用物品上嵌入一個(gè)短距離的移動(dòng)收發(fā)器，然后在任何時(shí)空，人與人之間的溝通連接就可以擴(kuò)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(gè)新的溝通維度?？偨Y(jié)近年來(lái)關(guān)于計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的變革，得出15年周期定律，即計(jì)算模式每隔15年發(fā)生一次變革。1965年前后出現(xiàn)大型計(jì)算機(jī)，1980年前后出現(xiàn)個(gè)人計(jì)算機(jī)，而1995年前后出現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)。目前，物聯(lián)網(wǎng)又將掀起一次科技革命。

二、 物聯(lián)網(wǎng)定位的無(wú)線信號(hào)體制

當(dāng)前的無(wú)線通信技術(shù)，從大范圍的衛(wèi)星通信到城域網(wǎng)范圍的移動(dòng)通信以及短距離通信，都可以作為物聯(lián)網(wǎng)的傳輸手段。這些技術(shù)也可作為定位應(yīng)用時(shí)的信號(hào)體制，有的專用于定位，有的則兼具節(jié)點(diǎn)通信和定位雙重功能。首先從定位范圍來(lái)看，以GPS為代表的衛(wèi)星定位系統(tǒng)覆蓋面最廣，通過(guò)移動(dòng)蜂窩基站定位（cellular based localization）提供的位置服務(wù)則次之，藍(lán)牙（Bluetooth）和RFID的范圍最小。實(shí)際生活可根據(jù)定位場(chǎng)景的需求來(lái)選擇相應(yīng)技術(shù)，如GPS適用于車聯(lián)網(wǎng)定位，蜂窩定位滿足手機(jī)的使用。GPS可支持節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，其定位優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在室外，在室內(nèi)信號(hào)會(huì)嚴(yán)重衰減，且容易受到其他無(wú)線通信系統(tǒng)的干擾。蜂窩網(wǎng)定位是基于蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)開(kāi)發(fā)，同樣是干擾受限系統(tǒng)。WiFi和UWB（ultra wide band）等技術(shù)定位范圍相對(duì)來(lái)說(shuō)較小，常用于完成局部范圍內(nèi)的相對(duì)定位。WiFi，Zig Bee和Blutooth都工作或者部分工作在ISM的開(kāi)放頻段，因此共存能力不強(qiáng)且易受干擾。UWB信號(hào)由于占據(jù)網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)成本是相對(duì)應(yīng)的，GPS 和蜂窩基站定位運(yùn)行成本較高，但覆蓋范圍大，可以彌補(bǔ)靈活性的不足。WiFi，UWB和Zig Bee等也都支持移動(dòng)性且靈活性高。

三、 物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)的原理

（一） RFID技術(shù)

RFID是Radio Frequency Identification的縮寫(xiě)，即射頻識(shí)別，常稱為感應(yīng)式電子芯片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子標(biāo)簽、電子條碼等。射頻識(shí)別是一種利用無(wú)線射頻方式在讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽之間進(jìn)行非接觸的雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換目的的技術(shù)，也是目前市場(chǎng)上使用的比較成熟的產(chǎn)品之一。

RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。

射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本模型中，電子標(biāo)簽又稱為射頻標(biāo)簽、應(yīng)答器、數(shù)據(jù)載體；閱讀器又稱為讀出裝置、掃描器、通訊器和讀寫(xiě)器（取決于電子標(biāo)簽是否可以無(wú)線改寫(xiě)數(shù)據(jù)）。電子標(biāo)簽與閱讀器之間通過(guò)耦合組件實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的空間（無(wú)接觸）耦合，在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時(shí)序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。

（二） Zigbee技術(shù)

Zigbee是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。Zigbee在中國(guó)被譯為“紫蜂”，它與藍(lán)牙相類似，是一種新興的短距離無(wú)線技術(shù)。

Zigbee技術(shù)就是通過(guò)在待定位區(qū)域布設(shè)大量的廉價(jià)參考節(jié)點(diǎn)，這些參考節(jié)點(diǎn)間通過(guò)無(wú)線通信的方式形成了一個(gè)大型的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當(dāng)待定位區(qū)被感知對(duì)象的信息時(shí)，在通信距離內(nèi)的參考節(jié)點(diǎn)能快速地采集到這些信息，同時(shí)利用路由傳播的方式把信息傳遞給其他參考節(jié)點(diǎn)，最終形成了一個(gè)信息傳遞鏈并經(jīng)過(guò)信息的多級(jí)跳躍回傳給終端電腦加以處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)一定區(qū)域的長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控和定位。

（三） 眾包定位

眾包這一概念能夠很好地用于室內(nèi)定位應(yīng)用中，也是當(dāng)前研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題。以WiFi指紋匹配進(jìn)行室內(nèi)定位為例，利用當(dāng)前各種配置豐富的智能終端，定位節(jié)點(diǎn)對(duì)WiFi信號(hào)的RSS測(cè)量數(shù)據(jù)和慣性傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行眾包，完成多源位置感知。在此過(guò)程中不需要指定特定節(jié)點(diǎn)完成眾包，能夠自動(dòng)建立WiFi數(shù)據(jù)訓(xùn)練集，節(jié)點(diǎn)用戶在參與過(guò)程中都能獲益，如能在缺乏室內(nèi)環(huán)境先驗(yàn)知識(shí)的情況下，自動(dòng)重建內(nèi)部的道路圖。

目前眾包定位存在一些問(wèn)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(huì)造成RSS測(cè)量的數(shù)據(jù)不完全相同，在眾包過(guò)程中需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正；二是眾包意味著開(kāi)放式的節(jié)點(diǎn)的自愿參與，當(dāng)未經(jīng)添加的節(jié)點(diǎn)或者惡意節(jié)點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)時(shí)，大量誤差也將隨之產(chǎn)生，因此尋求有效的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)檢測(cè)與去除機(jī)制是眾包定位系統(tǒng)中有待解決的問(wèn)題。

四、 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)是信息化和網(wǎng)絡(luò)化的新趨勢(shì)，將成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要特征。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，往往需要確定移動(dòng)終端或其持有者、設(shè)施與物品的位置信息，完成對(duì)物品或其所有者的定位、跟蹤、監(jiān)控和高層次開(kāi)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)物理空間和信息空間的融合。因此，位置感知技術(shù)研究將助力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)展未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的感知范圍和領(lǐng)域，成為人們?nèi)粘９ぷ骱蜕畈豢扇鄙俚囊徊糠帧?/p>

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

鄭震寰，浙江省臨安市，浙江農(nóng)林大學(xué)。