通信原理新技术

系别：计算机与通信工程学院

专业：信息工程08-1 姓名：朱彩霞

学号：200807070153

物联网中的定位技术

摘要：

在广大人民群众对物联网这个名词还不是十分熟悉的情况下，资本界已是风生水起，物联网给人民带来了无限的遐想。2009年2月，IBM在2009年IBM论坛上抛出了“智慧地球”的构想。刚刚结束的两会，温家宝总理在政府工作报告中首次提及物联网，众多代表委员也聚焦物联网，并建议把它作为国家战略来抓。可以预见风险投资及私募股权行业必然会经历一段物联网繁荣的黄金时期。

物联网的概念是在1999年提出的。2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。物联网的英文是The internet of things，可以通俗的理解为物物相联的网络。其标准定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。这里有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。

物联网又名传感网,通俗的来讲就是指将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络,可使所有的物品与网络连接,方便识别和管理。因其具有全面感知、可靠传递、智能处理的特点,它被众人认为是继计算机、互联网、移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。在经济全球化背景下，一个城市的发展必须考虑在全球城市体系中的角色定位。城市全球定位系统可以准确把握城市发展的规律性特点，提升城市发展的内在活力与动力，瞄准高端，主动发展，着力推动世界城市建设。

(一) 物联网的基本原理

物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。物联网被称为信息技术移动泛在化的一个具体应用。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，打破了之前的传统思维，人类可以实现无所不在的计算和网络连接。

从物联网的体系架构当中可以看出，人们使用RFID、传感器，从物理世界当中获取各种各样的信息，这些信息又通过网络最后传到用户或者服务器端，为用户提供各种各样的服务，所有采集的信息必须和传感器的具体位置信息相关联，否则这个信息就没有任何意义，可以说传感器的定位技术是物联网一个重要的基础。从物联网的三个目标来看，要实现任何时间、任何事物、任何地点之间的连接其中必须有定位技术的支持，而且在任何地方的连接里面本身就包含着物体之间的位置信息。

(二) 物联网的关键技术

物联网的发展趋势怎样？每个定位技术各有优缺点，物联网中非常重要的技术是射频识别（RFID）技术。RFID是射频识别（Radio Frequency Identification）技术英文缩写，是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，是目前比较先进的一种非接触识别技术。以简单RFID系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由

大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的，比Internet更为庞大的物联网成为RFID技术发展的趋势。 而 RFID，正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。

基于各种定位应用技术需求，而且目标和应用场景各种各样，对于定位技术的精度和参数要求也不一样。目前人们在定位技术方面也做了各方面的研究，从最早期的GPS定位系统以及到我们现在的蜂窝3G定位系统，我们现在利用已有的基础设施，Wi-Fi的定位系统，还有精度更高的超宽带、超声波定位系统，可以说从全球到局部，以及到室内，囊括的广域到局域，从高精度到中低精度的各种应用场景，他们跟踪、导航以及自动化控制，可以达到方方面面。大家都知道，我们国家参与了欧洲伽利略的计划，由于其他的原因，我们国家最近也在独立发展自己的定位系统，最早期的北斗一号就是利用这两个星来构建，这两个星是同步的地球卫星，可以提供定时服务，这两项是GPS所没有的。目前北斗一号来讲因为区域受限制，能够在我们国内区域提供10米左右的定位精度。所以我们前两天刚发射了北斗二号，到2015年之前我们国家会组建自己的北斗二号定位系统，也能够提供通讯服务。

针对前面这两个系统来讲也各有优缺点，GPS定位系统功耗比较高，因为有天上的24颗星不断的计划，所以初次定位时间很长，而移动定位系统目前来讲有一个融合的方案，把GPS和移动网络相结合，现在很多手机上都有，最大的特点就是利用移动网络里面的基站，这个基站可以提供参考星座，不用搜索每个星在哪个位置，跟附近哪个基站相联系就给你一个参考，就像一个导盲犬的作用，这样的话就很快的能够找到天上的星座，可以缩短定位时间。但是定位精度并没有提高，大概基本上还是GPS的定位精度，而且在室内场景上并不实用。前面两种都可以提供广域方法的定位，但是在室内场景来讲，目前物联网的定位技术是很好的发展趋势，利用其他已有的基础设施，比如说我们会议里面布了很多Wi-Fi的网络，还有RFID，还有蓝牙和其他的网络，适合于室内或者封闭环境低功耗、低成本的定位。这个定位跟部署的网络有关系，在室内GPS达到3米根本不可行，但是通过自己利用已有的Wi-Fi网络实现很高的室内定位。

目前典型的局域无线定位系统，利用各种方式进行定位，获得不同的定位精度。总体来讲，物联网定位技术的特点就是并不需要架设昂贵的设施，比如说24颗星要送上天的话，基础设施的部署成本是很高的。另外来讲可以适用于室内的环境，现在的GPS不适用。另外为了实现对于猫和狗小的物品的定位，不能采用昂贵的设备定位，必须开发一种非常小的，适合于在普通的物品上可以挂上使用的低成本方案，而且部署非常灵活。

局域无线定位与已有的无线定位的比较，RFID对于区域性的定位还是可以的，红外和超声波来讲，尤其超声波是直线传播，而且要使用声音的接入器，虽然精度高，但是应用场景受限。总体来讲，卫星定位是适合于在室外空旷领域定位，而且目前来讲在车辆定位导航领域得到了广泛的应用，移动应用适用于一些人在区域里面的定位，RFID适合于在我们很多工业的流水线上的定位。由于技术众多，方案众多，不同的公司开发出来了不同的方案，但是它的互通互联性是存在问题的。针对这个问题，各个国际组织也在想办法制定自己的标准，来实现不同定位系统的互联。其中前面可以看出，如果想大规模应用，在很多小物品上挂的话，这个物品要低功耗，不更换电池能更换几个月甚至几年，定位精度要几十厘米到几米左右，而且要小型化，便于携带和安装。

目前国际上不同频段各自的特性是不一样的，目前是13.56这个频段来讲，因为传播距离比较近，只能进门刷一下，你可能知道在这个区间里面，但是并不是实时定位。而433兆和800多兆，还有超高频的RFID距离相对比较远一点，也做了不少的方案。因为定位的场景往往希望在比较大的范围里面可以实现定位，所以有缘的标签是一个发展的方向。目前

来讲，包括800多兆、900多兆、2.4G这些定位标签基本上都是采用有源的方式。

目前实时定位标准主要是以美国的标准制定的，我国的标准也是刚刚起步。目前国际上提出的实时定位系统的结构主要是采用一些阅读器，这是挂在物体上的一些小的定位标签，这个接口是国际标准的范围，规定一下这些标签和阅读器之间的通讯协议以及一些规范，定位服务器和应用之间的应用程序接口，这个接口也是为了第三方应用服务提供的。国际标准是ANSI提交的，包括对ANSI进行了扩展，定位接口基本上采用的是ANSI371.1，基本上都是采用的美国的专利。433M和全球定位系统因为没有获得支持，所以这两个国际标准目前是处于停滞阶段。宽带标准目前正处在提案阶段。

(三) 物联网的应用领域

就卫星定位系统来讲，目前的GPS定位系统，已经得到了普遍的商用。我们国内现在移动手机已经达到了非常大的普及量，可以说有了几亿的量。利用移动网络可以实现定位服务，中国移动在辽宁基地构建了辽宁移动位置基地专门从事位置服务的研究和开发工作，目前世博版的手机地图就是中国移动推的，里面可以提供世博地图、路线引导以及路线搜索，还有能够定位自己及他人。当然这中间也有隐私问题，因为现在很多情况下作为定位来讲，既能提供定位服务，但是人们有的时候不希望自己的位置被别人所了解，所以这里面也有国家法律方面的问题。

其实在我们日常生活中，各种定位技术已经得到了广泛的应用，比如在大地测量里面现在用的最广泛的就是GPS，用于进行我们国内的大地测量。另外在各种交通运输行业，比如说像轮船的导航，我们汽车的导航以及飞机导航方面来讲都用到了GPS定位系统。而且现在在很多的智能手机上面都已经安装了GPS定位系统。可以说GPS系统是目前最成功得到大规模商业应用的系统，而且取得了非常好的社会效益。

但是我们在GPS得到广泛应用的同时也必须看到，GPS这个定位技术，所有的卫星定位技术都具有同样的问题，一个问题是它的功耗比较高，二是必须在开阔的地方使用，并不适合于在封闭的楼层里面还有地下环境使用，而且还有一个问题，就是GPS定位系统的精度相对来说比较低。近年来物联网的应用方兴未艾，已经引起了各方面的注意，在很多的应用场景中，比如说在地下停车场车辆的调度以及工厂内部物流行业生产的物品以及各种物料的运输和管理中需要对物料进行定位。目前来讲，宠物的管理也受到了越来越多人的关注，像化工厂为了安全生产也需要对人员进行管理，这些都可以说是物联网新型的定位技术应用，而这些技术应用来讲并不太适合采用GPS这种卫星定位系统。

另外，近年来，随着国家安全、公共安全以及生产安全问题的日益突出，各种需求日益迫切。打一个最明显的比方，近年来我们国家煤矿瓦斯爆炸事件频繁发生，很多企业也逐渐开始采用定位系统，对矿工的生产管理进行实时监测。除了日常可以对它进行打卡和管理之外，在紧急情况下可以用实时定位系统，对人员的救助提供帮助，可以提高抢救效率。前一段时间自从内蒙古赤峰发生犯人强行越狱事件之后，我们国家很多的监狱机构加强了安全管理，其中很重要的措施就是对犯人采用实时定位系统，可以让犯人戴一个腕表，对他的行踪了如指掌。另外我们国家前一段时间也发生了很多的校园不幸事件，目前有部分学校就给学生的身上佩带了一些实时定位系统，可以对学生的行动路径进行监控，可以帮助对于孩子进行救助。还有一些其他场景，在国外用的比较多，在医院里面对于一些传染病人还有传染病类似处理的医疗废物，为了避免传染，我们国内在地坛医院也安装了类似的系统，对于敏感病人、敏感区域还有一些大夫进行实时监控管理。在娱乐场所，现在我们经常去一些娱乐的地方，比如像香山、海滨等等经常会发生寻找孩子的事情，其中很大的一个场景就是小孩经常走失。在一些国外的场景，有些给孩子身上戴一些小的实时定位系统，可以帮助为孩子提供找寻服务。

除了上面我们所说的定位技术可以提供各种定位服务之外，其实使用位置信息可以为消

费者、企业或者政府提供各种各样的位置服务。从人员的及时定位以及紧急情况下的救助，还有企业内部管理，比如说人员的管理、车辆的调度以及国家的一些紧急情况，比如说发生灾难以及其他一些重大事件的时候，对于这些位置的信息都可以用到这种位置服务。基于位置服务的广泛应用和场景，国际上像美国知名公司对这方面做了一个预测，可以说基于位置服务的市场前景是非常广阔的。

最后，我想说的是就现在发展的前景来看，物联网会是未来家电的一种发展趋势。可以在现在多做些小的试点性质的项目，为将来做好基础。也可以像安卓学习，使用开源方式，让更多喜欢物联网的人加入到其中开发新的应用，也会加快物联网的发展。再有就是让商业因素加入到其中，新的资金加入可以很好的支持这个产品的发展。

物联网技术目前还是起步阶段，我们仅仅看到冰山一角。而更多的物联网应用还要等到物联网技术得到普及和发展之后。从现在已经发售的少量物联网家电产品中我们已经可以感受到它和普通家电产品之间的区别，以及物联网给我们生活带来的改变。但由于现在价格稍高，只有少数消费者可以提前感受到物联网的魅力。相信经过一段时间的发展，物联网终会进入千家万户。