关于Wi-Fi、iBeacons和UWB三种室内定位技术浅谈

2016-11-22 13:16:24 Alisa

Wi-Fi定位有最广泛的群众基础,现在家里、企业、商业场所处不被Wi-Fi信号所覆盖,特别在室内,没有手机信号的地方,基本也会有Wi-Fi信号。现如今,要是哪个酒店或商场不提供Wi-Fi信号,客户的感受简直就像是走在遥远的侏罗纪时代一样。因此,利用现有的Wi-Fi信号做室内定位是有先天优势的,不论它采用的RSSI+指纹识别是否定位精准,但手机天然的支持Wi-Fi无疑为这种应用提供了极大的便利,而且当今移动互联网时代,谁占领了手机APP的一席之地,谁就有无限的想象可能, 说不定一不留神,该公司就进入10亿美元俱乐部。当然,Wi-Fi定位除了定位不是很精准之外(个人认为,其实很多消费类应用,根本就不需要高精度的定位,定位在目视范围内有可以了),安全问题也日益突出,媒体时不时会爆出某某因为连接的公共场所的Wi-Fi信号,而手机银行密码或其它个人重要信息被窃取的新闻。并且,真正Wi-Fi定位是不需要终端连接上Wi-Fi AP的,所有的Wi-Fi终端在连接AP之间,都有发出一种probe_request的帧遍历空间所有信道,等待AP返回Probe Response帧。这个交互过程中,终端到各AP的信号强度值是一清二楚的,从而可以采用RSSI等方式来定位。也就是说只要你手机终端开启了Wi-Fi,在后台它是会与空间内的AP发生一次或反复的帧听与响应,就是这些帧听,基本暴露了你在空间的大致位置了。

 

iBeacons是基于蓝牙4.0中BLE(蓝牙低功耗)这个特性发展而来的。蓝牙已经是个古老的名词了,它的发明是为了解决短距离通信的问题,但随着4.0版本中BLE技术的发布及水果公司的大力推导的iBeacons应用,而成为现在最热门的技术。大批水果开发者开始研究iBeacons,有的研究它的推送服务,有的用它来搞室内定位,还有的准备用它来发展移动支付。一夜之间,如果你不知道ibeacons,你都不好意思在移动互联网转个圈里混了。现在,很多智能硬件也开始支持BLE的应用,特别是新上市的手机,BLE称为标准配置。从这个角度来看,它大有颠覆Wi-Fi广泛的群众基础的趋势,加上本身硬件成本的低廉,所以很多商场开始尝试用它来推送广告。但是我两个问题是现实存在的:一是开蓝牙的习惯需要培养,用户开蓝牙的习惯远远没有开Wi-Fi那么天然,当然,水果公司新发布的i OS7.1版本默认是开蓝牙的,这无疑让很多用户不知不觉中称为小白鼠了。二是这种单纯的广告信息推送,是否有点像垃圾广告一样,给用户的体会一开始肯定是不会好的。除非后台经过大数据分析后,对用户的行为习惯有了智能分析后,定向推送,精准营销。但是话说这条路还要走多久呢?

 

UWB技术其实也是一门古老的技术,UWB最初的定义是来自于60年代兴起的脉冲通信技术,又称为脉冲无线电(Impulse Radio)技术。与在当今通信系统中广泛采用的载波调制技术不同,这种技术用上升沿和下降沿都很陡的基带脉冲直接通信,所以又称为基带传输(baseband transmission)或无载波(carrierless)技术。脉冲UWB技术的脉冲长度通常在亚纳秒量级,信号带宽经常达数千兆赫兹,比任何现有的无线通信技术(包括以3G为代表的宽带CDMA技术)的带宽都大得多,所以最终在1989年被美国国防部称为超宽带技术。UWB设备的平均发射功率很低,可以与其他无线通信系统“安静的共存”。同时也有低能耗、低成本、保密性好、抗多径干扰等优点。但同时,脉冲UWB系统频谱利用率较低,不适合高数据率传输。另外,早期脉冲UWB技术的专利多掌握在一些小公司手中。因此,当近几年Intel、TI、Motorola等大公司开发高速UWB技术时,不约而同的摒弃了脉冲方法,转而对传统的载波调制技术进行改造,使其具有UWB技术的特点。现在在IEEE 802.15.3a工作组中形成了多频带OFDM(MB-OFDM)和DS-CDMA两大方案竞争的格局。这两种方案都是在对传统技术进行改进后满足UWB技术的特征的。如此同时,脉冲UWB成为低速WPAN(无线个人网)标准IEEE 802.15.4a的重要候选技术。这个标准旨在提供低速率但覆盖范围较大、具有精确定位功能的近距离无线通信业务。正是由于它物理上的特性使它具有抗多径和抗窄带干扰的良好效果。

由于芯片方案的成熟和成本下降,近两年来国内研究UWB技术及时定位的人和公司慢慢涌现,能达到30cm甚至10cm的系统定位精度。但是正如前面所说,这么高定位精度,并不是所有应用所需要的,因此也决定了其当前只能用在对确保生命财产有较高要求的行业上,如:化工厂人员定位,矿下人员定位、养老院人员看护、大型仓储货物定位等等,相对Wi-Fi和iBeacons定位应用于商业领域有很大区隔。区隔的原因除了刚才说到的商业领域很多时候不需要很高的定位精度外,还有一个重要的原因就是UWB定位需要被定位人和物额外佩戴标签(相对于手机等终端是天然的标签而言)。但也不排除,某一天智能穿戴设备中集成UWB芯片,从而使这种高精度定位能有可能被用到生活的方方面面,完成一次意外的逆袭。