室內(nèi)定位技術：UWB、藍牙、RFID和WIFI——誰將是主角？

比較流行的室內(nèi)定位技術有WIFI、藍牙、RFID、UWB，這幾種都是需要部署定位基站，WIFI需要部署AP，藍牙要部署藍牙基站或者iBeacon，RFID需要部署RFID Reader。定位的距離都是相對比較近的，但是精度完全不同。

從定位原理上可以分成RSSI測距、TOF測距、TDOA測距這三種。三種方式對應不同的精度。

WIFI 定位

WIFI定位原理

WIFI定位采用RSSI定位原理，因此精度相對比較低，WIFI網(wǎng)絡的建設本來就不是為了專用與定位業(yè)務，是因為WIFI網(wǎng)絡建設需要達到WIFI的傳輸速率要求WIFI基站或者AP部署的密度非常高，因此這么高的密度就造成了WIFI的定位成為了可能。

在室內(nèi)的情況下，手機往往能收到很多的WIFI的SSID信息。而手機和WIFI基站在通信的時候，手機不需要連接上Wi-Fi AP的，所有的Wi-Fi終端在連接AP之間，都有發(fā)出一種probe_request的幀，遍歷空間所有信道，等待AP返回Probe Response幀。這個交互過程中，終端會在消息中廣播自身的MAC地址，AP或者WIFI基站能夠接受到帶了手機MAD地址和信號強弱的消息包。因為各AP的信號強度值是一清二楚的，從而可以采用RSSI等方式來定位。

也就是說只要你手機終端開啟了Wi-Fi，在后臺它是會與空間內(nèi)的AP發(fā)生一次或反復的幀聽與響應，這些可以幀聽，就暴露了你在空間的大致位置了。

因為手機終端搜索的時候就相當于把手機的定位信息上傳了，所以WIFI基站或者AP就是根據(jù)手機的指紋信息來進行定位的。進行定位計算的是基站或者后面的定位服務器上的定位引擎，最后獲取相對的位置坐標。最簡單的方式就是直接把WIFI基站的位置信息就當做手機終端的位置信息。如果同時有好幾個基站能收集到收集的指紋信息，可以進行一些根據(jù)RSSI場強的加權算法來計算相對位置，但是由于無線信號的傳播模型在空間上場強是不斷波動變化的，因為WIFI定位精度主要取決于WIFI基站或者AP的密度，定位算法上能夠優(yōu)化的余地非常的小。定位精度偏低，沒有方位性。一般精度在5米左右。

WIFI定位缺陷

WIFI定位的主要缺陷就是蘋果手機無法使用，蘋果沒有開放相應的接口。

其次，WIFI定位對位置地圖的工作量比較大，WIFI定位是獲取相對坐標，就是手機相對與WIFI基站或AP的坐標，WIFI基站或者AP變動后都需要對地圖進行修正。

再次，WIFI定位的缺陷是WIFI基站或AP的質量不穩(wěn)定，導致定位的質量無法得到有效的保證。

WIFI定位優(yōu)勢

WIFI定位的優(yōu)勢主要是WIFI的部署太廣泛了，目前作為最重要的無線傳輸手段，WIFI在各種室內(nèi)場合都有著最大的部署量，因此WIFI無處不在，對精度要求不高的場合，WIFI的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡建設完畢后就可以通過假設定位引擎服務來開通WIFI定位功能。

WIFI定位的第二個優(yōu)勢是成本低廉，WIFI的芯片模組已經(jīng)在10元左右，WIFI基站和AP的價格都是百元以內(nèi)，而且可以數(shù)據(jù)傳輸和定位的功能，所以能夠滿足低成本大規(guī)模擴展的需要。

WIFI定位的第三個優(yōu)勢是可以利用手機終端，省略了終端部署的成本。因此，WIFI定位是幾種室內(nèi)定位方案中成本最為低廉的。

WIFI定位應用場景

主要面向低精度場景，比如景區(qū)的定位、大型shopping mall定位、商場定位、娛樂場所定位、公司的員工WIFI考勤、WIFI簽到、會展定位。部分經(jīng)過改造后也用于煤炭礦用定位等?？傮w而言是用于定位需求不強，定位功能是輔助，而投入少的領域。

藍牙定位

藍牙定位原理：

藍牙 iBeacon 定位的方式主要有兩種：基于 RSSI(接收信號強度指示)和基于定位指紋，或者兩者結合?；诰嚯x最大的問題在于，室內(nèi)環(huán)境復雜，而藍牙作為2.4GHZ高頻信號，會受到很大的干擾。加上室內(nèi)的各種反射折射，手機所獲取的 RSSI 值并沒有太大的參考價值;

而與此同時，為了提高定位精度，就不得不對 RSSI 值進行多次獲取來平滑結果，這就意味著時延的增加。而基于定位指紋的最大問題在于，前期獲取指紋數(shù)據(jù)的人力成本和時間成本非常高，數(shù)據(jù)庫維護困難。而且如果商場增添了新的基站，或者進行了其他改造，原始的指紋數(shù)據(jù)可能就不再適用。所以，如何在定位精度、延時和成本之間進行權衡和取舍，就成了藍牙定位的核心的問題。

目前，市場上主流的藍牙定位精度是70%的地段在2米以內(nèi)，部分公司可以做到90%的地段在2米以內(nèi)。目前市場上主流的藍牙定位技術都是基于三角定位算法，通過手機獲取周圍藍牙基站的信號強度，再通過其他的一些輔助方法比如加權平均算法，時間加權算法，慣性導航算法，卡爾曼濾波算法，高斯濾波算法等來計算出當前位置.

藍牙定位缺陷

和WIFI定位相比，藍牙定位需要部署藍牙的信標，因此需要建設藍牙的網(wǎng)絡，相比之下網(wǎng)絡建設的成本，網(wǎng)絡維護的成本要增加不少

在定位精度上，藍牙定位的算法和WIFI相比沒有什么優(yōu)勢，所以精度和藍牙信標的密度相關，精度1-5米左右。

藍牙定位優(yōu)勢：

藍牙的iBecon是蘋果主導的，因此相比WIFI定位顯得高大上了不少，藍牙定位的顯著優(yōu)勢是功耗相對較低，藍牙的功耗要低于WIFI，如果部署一張專用的定位的網(wǎng)絡對系統(tǒng)的可靠性而言要比兼顧數(shù)據(jù)傳輸和定位的WIFI網(wǎng)絡要健壯，穩(wěn)定性要好。

藍牙定位也可以利用手機和其他設備的藍牙功能，省去了部分終端的部署，但是由于用戶的手機藍牙功能一般是關閉狀態(tài)，所以這樣的優(yōu)勢有限。

藍牙定位應用場景

從很大程度上是和WIFI定位高度重疊，藍牙的終端以藍牙手環(huán)比較多，主要是用在商場定位、醫(yī)院定位、物品防丟、shopping mall定位、娛樂場所定位、微信搖一搖等地方，都屬于非剛性需求。

RFID定位

RFID定位原理：

RFID分有源RFID和無源RFID兩種，所以定位的方式也有很多種。但是，算法也都是RSSI能量算法：通過調節(jié)發(fā)射能量來調節(jié)讀寫距離的RFID reader，這樣如果RFID標簽離reader越遠能量就越小，反之就越近，設置閾值就可以進行定位了。

根據(jù)有源RFID標簽發(fā)送到信號到reader讀取到標簽信息的延時來輔助判斷標簽的位置信息，延遲越長則越遠，反之越近。比較新的技術是也用了TDOA的算法，一般是用在UHF頻段的RFID了，但是應用很少，成本很高。

RFID定位優(yōu)勢

RFID定位的優(yōu)勢是成本較低，可以大規(guī)模的部署。

RFID提供有源和無源兩種方案，無源方案沒有供電的問題，有源的方案也可以做到功耗極低，可以用紐扣電池持續(xù)數(shù)年的待機量。

RFID基站設備相對豐富，大功率設備和小功率的讀卡器產(chǎn)品比較多，適合各種場合的組網(wǎng)。

RFID定位的缺點

需要達到同樣的精度要求，相比UWB定位而言，RFID基站或者reader部署相對復雜，數(shù)量較多。

RFID定位應用場景

RFID設備相對穩(wěn)定，因此在定位領域是應用很廣，因為RFID定位終端、RFID標簽的價格極低，所以可以大規(guī)模的使用，在物流分揀、監(jiān)獄定位、電瓶車定位、汽車電子車牌定位等有著成熟的應用和良好的使用前景。

UWB定位

UWB定位原理

采用TDOA算法進行定位，UWB定位需要3個基站的支持。

UWB優(yōu)勢

同時具有實時定位和精確定位的雙重優(yōu)點，定位的延遲時間遠遠小于藍牙定位、WIFI定位等其他的室內(nèi)定位技術。精度可以達到10cm左右，是室內(nèi)高精度定位的首選。

建設專用的定位網(wǎng)絡，因此網(wǎng)絡有著很好的可靠性和健壯性。

定位缺陷

UWB的缺點是需要有完善的定位網(wǎng)絡，而且在任何一個定位點上都需要有3個定位基站的支持，UWB定位算法是基于三點定位的，如果基站的數(shù)量降低會大大的影響定位的精度。

其次，UWB的缺點是不能有遮擋無線電發(fā)射的障礙物，小的障礙物是不會有影響的，因為無線電會衍射，但是如果完全的遮擋是會導致定位基站的接收，從而使得定位精度大幅度的下降。

再次，UWB定位需要部署定位網(wǎng)絡，所以造價相對比較高一點。

UWB定位應用場景

主要是面向一些特種行業(yè)，對流程的實時性或者對精確定位有著比較高要求的行業(yè)，比如監(jiān)獄定位、工廠定位、足球訓練定位、物流叉車定位等等。