一文看懂三种无线局域网定位技术:WiFi、蓝牙和UWB

文章来源:互联网 编辑:商城众网 发表时间:2019年07月27日 0

在万物互联的大背景下,位置信息的获取和应用在项目落地中越来越重要。相对于室外定位,室内定位的工作环境更为复杂、精细,其技术更是多种多样。

一般情况下,我们根据技术原理和使用信号源的不同,可以将室内定位技术分为以下这些:

按定位原理划分:ID 定位、区间定位、三边定位、信号到达角定位、指纹定位、惯性推算等;

按定位所使用的信号源划分:WiFi定位、ZigBee定位、蓝牙定位、UWB定位、RFID定位、卫星定位、低频触发定位、基站定位、声波定位、光定位、地磁定位等。

未来,室内定位技术将席卷我们生产、生活的方方面面,例如:智慧工厂人员及货物管理与调度、 生产安全管理、地下停车场寻车导航、智慧大楼人员/访客定位管理、 会展位置导航等。

下面我们就来探讨一下,目前的行业应用中比较常见的、基于无线局域网的三种室内定位技术。

WiFi

WiFi定位,2010年前后,开始在基于定位标签的人员监控行业领域应用起来,2013年,基于手机的WiFi探测等应用也随之崭露头角。

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目前,WiFi定位是比较流行的一种室内定位技术,其定位方法是基于信号强度的传播模型法和指纹识别法。

信号强度的传播模型法,是指使用当前环境下假设的某种信道衰落模型,根据其数学关系估计终端与已知位置AP间的距离,如果用户听到多个AP信号,就可以通过三边定位算法来获得用户的位置信息;指纹识别法,则是基于WiFi信号的传播特点,将多个AP的检测数据组合成指纹信息,通过与参考数据对比来估计移动物体可能的位置。

在定位精度为米级的一些场景,可利用WiFi进行覆盖,该技术适用于对人/车的定位导航,医疗机构、商场、主题公园等场景。

蓝牙

2014年左右,基于蓝牙的定位技术开始在监控定位领域被应用。

2017年7月,蓝牙mesh正式推出,在一年半的时间里,已经有超过105种具有蓝牙mesh网络功能的产品获得认证,其中包含芯片、协议栈、模组及终端产品供应商等。

为了满足位置服务市场不断增长的需求,全新蓝牙5.1标准新增了寻向功能,可帮助设备明确蓝牙信号的方向,进而帮助开发者解读设备方向的蓝牙接近(proximity)解决方案,实现厘米级位置精度的蓝牙定位系统。

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基于位置的蓝牙服务解决方案通常分为两类:接近类解决方案和定位系统。无论是实时定位,还是室内定位,原理都是类似的,即在数据包传输中加入RSSI(接收信号强度)机制,通过RSSI来虚拟出产品的大致范围,再通过三边测量法,实现相互交集的测量算法,最终完成室内定位。

蓝牙定位,只要设备的蓝牙功能开启,就能够对其进行定位。蓝牙传输不受视距的影响,但对于复杂的空间环境,蓝牙系统的稳定性稍差,受噪声信号干扰大,且蓝牙器件和设备的价格比较贵。

根据《2019蓝牙市场最新资讯》显示,位置服务已成为增长最快的蓝牙解决方案,预计未来五年其年复合增长率将达到43%。

蓝牙定位主要用于对人的小范围定位,例如单层大厅或商店,现在已经被某些厂商开始用于LBS推广。

UWB

近年来,随着UWB芯片方案的成熟和成本的下降,国内研究UWB定位技术的公司不断涌现。UWB是一种传输速率高(最高可达1000Mbps以上),发射功率较低,穿透能力较强的无线定位技术。

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UWB定位是由多个传感器采用TDOA(Time Difference of Arrival,到达时间差)和AOA定位算法对标签位置进行分析,具有多径分辨能力、精度高、定位精度可达厘米级等特点。

TDOA是一种利用到达时间差进行定位的方法又称为双曲线定位。标签卡对外发送一次UWB信号,在标签无线覆盖范围内的所有基站都会收到无线信号。如果有两个已知坐标点的基站收到信号,标签距离两个基站的间隔不同,那么这两个基站收到信号的时间点是不一样的。

基于信号时间的定位系统,例如UWB,一旦遇到墙体遮挡的情况就需要重新部署。同等面积,房间数量增加一倍,基站用量也将增加一倍,其在空旷场景基站更易部署。

目前使用UWB定位技术的行业是隧道、化工厂、监狱、医院、养老院、矿井等行业。

局域网定位技术的比较

上述几种基于无线局域网的定位技术,其中,超宽带的定位系统,定位精度一般可达厘米级,但这样的定位应用范围较小,需对网络重新进行部署,并且使用者需要使用专用的信号测量设备,实现成本较高;其他定位方式的精度虽然稍差,同时成本也较低,一般使用信号强度作为参考。

这几种无线局域网一般应用于室内场景,受到室内环境的复杂影响,信号接收强度会容易波动,仅使用信号强度很难实现精确定位。

因此,根据测量参数的不同,还可以使用基于接收信号到达时间法和基于接收信号到达角度的方法实现定位。

WiFi、蓝牙和UWB这三种技术,就定位精度来讲,UWB可达厘米级的定位,蓝牙为厘米到米级,而WiFi仅为米级的精度;就抗多径和抗干扰方面,UWB明显好于其他两者;就传输距离来看,WiFi是最远的,UWB次之,蓝牙传输距离最近;此外,在建设成本方面,UWB的成本要远远高于WiFi和蓝牙。

无线局域网定位主要应用于室内定位,根据信号的特点以及网络架构不同,其定位精度可从厘米级到米级。不同的场景,我们在选择具体的定位技术时,不光要考虑精度性能,还得考虑成本和功耗。因此,尽管UWB精度最高,但是其他的定位技术也各有自己的市场。

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