物联网定位技术综述

林吉

摘 要：无线通信技术的发展推动了物联网时代的到来，越来越多的应用都需要自动定位服务。“物”节点位置是反映网络状态的重要信息，在物联网发展和应用中占据重要地位。本文对当今三类物联网定位技术进行综述，介绍它们各自的原理和应用场景，对这些技术在精度、范围和移动性等方面进行比较。

关键词：定位技术；GPS；性能

中图分类号：P228 文献标识码：A

物联网通过实现人对物的管理、物对物的自主管理，达到物的信息网络化，实现信息资源共享和交换。物联网定位就是采用某种计算技术，测量在选定的坐标系中人、设备、以及事件发生的位置，是物联网科学发展和应用的主要课题之一。物联网中常用的定位技术主要有GPS、移动蜂窝测量技术、WLAN、短距离无线测量（Zigbee、RFID）、WSN等。本文主要介绍了前3种技术的基本原理、定位特点和应用场合，并对以上几种技术性能进行对比。

1. 定位技术分类

1.1 GPS定位。GPS是物联网延伸到移动物体，采集移动物体信息的感知技术。其定位的基本原理是GPS接收机将高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，并测量出到卫星的距离，计算出接收机运动方向、运动速度和时间信息，当接收到大于等于4颗GPS卫星信号时，便可列出4个定位方程，联立可求出观测点位置。GPS可实现全天候、高精度、连续迅速的三维定位 （纬度、经度和高度）和测速，这在车辆导航管理，测绘与跟踪服务中扮演着重要角色。图1为GPS车载定位系统示意图：天线捕获并放大GPS 信号，GPS接收机记录GPS 信号并对信号进行解调和滤波处理，还原出GPS 卫星发送的导航电文，或采用测后处理的方式，获得定位、测速、定时等数据。导航计算机承担整个系统的管理、控制和实时数据处理。外设包括键盘和视屏监控器等，是进行人机交流部件。

1.2无线蜂窝定位。受移动互联网发展的推动，基于CDMA技术的3G及4G移动通信能够实现民用级的导航定位，成为人们关注的焦点。蜂窝网络中的定位主要指对移动台的位置坐标和定位精度估计，获取时间戳等信息。有3种定位方案，方案一是基于移动台的定位系统，移动台接收多个发射机信号，确定其与各发射机的几何位置关系，再由移动台计算出位置。主要定位方法有：应用于TDMA系统的下行链路E-OTD方法、上行链路TDOA方法和应用于CDMA系统的下行链路OTDOA-IPDL方法。方案二是基于网络的定位系统，是接收机同时检测移动台发射的信号，将接收信号携带的移动台位置信息送到网络中的移动中心处理，计算出移动台的位置。方法有：基于Cell-ID或基于TA方法，上行链路TOA、TDOA和AOA定位方法。方案三是借助于GPS辅助定位系统，由集成在移动台的GPS定位装置实现定位功能。

1.3 WLAN定位技术。WLAN定位就是在无线局域网中通过对接收到的无线电信号的特征信息进行分析，根据特定的算法来计算出被测物体所在的位置。首先，系统建立WLAN信号在覆盖区域下的信号空间，推导出信号覆盖的覆盖模型。然后，无线局域网定位系统在需要被定位的WLAN客户端进行空间信号的实时采样，采集的数据指用户携带的无线通信设备测量出到达用户的无线信号指标，包括信号传输时间（TOA）、到达角度（AOA）、强度（RSS），定位模块利用采集到的这些信息，搜索相应的定位算法，得出位置预测结果，并最终通过显示模块显示出来，如图2所示。

2.定位技术性能对比

GPS定位范围最广，定位精度小于50m，定位精度相对最高，支持节点高移动性，但GPS成本过高，冷启动时间长，首次定位需要1分钟，并易受电磁屏蔽影响，GPS不能室内定位。蜂窝定位的优势在于定位方便，速度快，只要定位终端处于移动通信的覆盖范围内，便可随时定位，不受天气，建筑物的影响，但定位精度和定位范围逊于GPS，在基站不足的偏远地区，无法定位。WLAN定位速度快，但精度低，可在室内进行，但必须在互联网支持下运行，定位范围有限，WLAN将在较长时间内称为蜂窝系统网络的重要补充。另外两个短距离的定位技术Zigbee和RFID都支持移动性且灵活性高，Zigbee优点是功耗低，时延短，缺点是只能专网专用，数据传输速率低，适用于较小区域内长时间的定位，精度可达1～3m。RFID实现成本低，用于人员的识别定位并不侧重位置精度，实时性强，定位时间少于1s，可在恶劣的环境下工作，显著优势是安全性好、成本低，但作业距离近。

结语

综上所述，定位技术有其自身的特点和应用场景，物联网感知终端所在的环境不同，实际中可根据定位场景的需要选择相应技术。面对复杂的应用环境，任何单一种定位方法不足以满足需求时，只有将他们有机结合起来才能达到预期目标。

参考文献

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