物联网应用的无线连接选项—资产追踪

SiliconLabs 2021-01-11 00:00

在比较用于不同类型物联网应用的各种无线连接方案系列中,蓝牙技术联盟介绍了位置服务(Location Services)以及该服务的两个类别:


  • 接近解决方案(Proximity Solutions):两种方案中较简单的方案,使用一种或多种技术确定两个设备的相对位置。  

  • 定位系统(Positioning Systems):用于确定设备的物理位置并需要部署更复杂的基础设施。


接近解决方案可以细分成两种类型(如上图左侧所示):

  • 物品追踪解决方案(Item Finding Solutions)

        物品追踪解决方案利用粘贴在钥匙圈、行李箱,遥控器和其他个人物品上的物品追踪标签。该标签可以在物品放错位置或丢失时追踪和定位物品。

  • 地标信息系统(Point of Interest Information Systems

       当用户位于位置固定的设备附近时,通过智能手机向用户显示相关信息的应用。例如,当用户在逛购物中心时,一旦接近购物中心移动应用中所销售的商品,用户就会收到通知。

 

定位系统可以细分成两种类型(如上图右侧所示):

  • 实时定位系统(Real-Time Locating SystemsRTLS

       用于资产追踪以及设施内人员追踪。RTLS解决方案是一套以网络为中心的系统,可以追踪并向后台服务器报告位置,然后由后台服务器向用户提供这些信息。一般情况下,设备本身并不知道其所处位置。此类解决方案可以定位和追踪包括仓库中的托盘、叉车和工人,或医院中超声仪和患者的位置等,从而帮助确保安全并优化紧急情况下的响应时间。

  • 室内定位系统(Indoor Positioning SystemsIPS

       IPS解决方案与RTLS解决方案的工作方式相反 —— 它们以设备为中心,设备可以知道其位置并向设备用户报告位置(通常通过智能手机应用程序)。室内定位系统包括机场、博物馆、购物中心、主题公园、医疗设施、会议中心等中的室内导航。

 

什么是资产追踪(Asset Tracking

资产追踪可能是实时位置系统中最流行的应用。该应用与室内导航/寻路非常相似,不同的是该应用的目标是追踪移动物体,因此它是一个以网络为中心的应用(即系统追踪物体,并且物体通常不知道它们自己的位置)。两种应用中所采用的技术也十分相似,而且在很多时候都是相同的。


资产追踪的目标是通过追踪设施或封闭区域内的不同实物资产及其位置来满足各种用途需要,包括:

  •  提高资产利用率(如追踪资产使用情况以及确定设备和工具的位置)

  •   追踪物流中的资产(如库存和运输追踪)

  • 分析商业环境下的消费者行为(如追踪超市中的购物者行为)。

  •   追踪生产设施中的资产(如追踪制造管道中的资产)

 

在资产追踪过程中收集的数据用于支持决策、防止损失和最大限度地提高资产利用率指标。说到底,资产追踪的最终目标是节省企业的运营时间和成本。

 

资产追踪系统通常由两大类设备组成:

  • 安装在设施内的固定定位装置。

  • 安装在资产上或由被追踪者佩戴的追踪标签。

 

一般情况下还需要一个后台软件,也就是通常所说的定位引擎,这是系统中进行实际定位计算的主要部分。该系统还有其他用途,包括管理定位器设备、报告不同资产的位置,以及为用户提供一个对追踪指标进行数据分析操作的用户接口。

 

被追踪资产通常分为两大类:

  • 库存物品:库存物品是企业可能永远不会再见到的资产。库存物品所需的追踪期通常很短,例如公司销售的物品、需要发送至分销商或消费者的物品等。

  •  自有资产:这是属于企业自己拥有的资产。自有资产在整个生命周期都会被追踪,例如设施内供员工使用的工具和设备等。

这两类资产之间存在一些会影响追踪程度的差异。例如自有资产通常通过每件物品上的唯一序列号进行追踪,而库存物品由于可以互换,一般通过零件号和数量进行追踪。


以前的资产追踪均采用人工方式,因而产生了巨大的人力成本。而最新技术的进步(计算机、软件和无线技术)使自动化解决方案变得更加高效。

资产追踪应用实例包括:

  • 在建筑工地追踪设备和提高利用率。

  • 在制造设施中追踪生产线的效率。

  • 用于医疗设施,例如在医疗机构中追踪医疗设备等

  • 在仓库中进行物流追踪,如库存和运输等

  • 在教育机构和设施中用于追踪昂贵的设备以防止丢失和盗窃


资产追踪具有哪些优势?

资产追踪能够给企业带来许多优势,其中最重要的优势有:

  •  降低业务成本

  • 提高工具和设备利用率

  • 优化空间和设施的利用率

  •  防止重要资产丢失和被盗

  • 库存和运输的自动化管理


资产追踪系统无线技术最关键的属性

在选择用于资产追踪应用的无线技术时,需要考虑几个关键属性,包括:

  • 可扩展性

  • 定位分辨率(精度和延迟)

  • 功耗(被追踪资产上的标签)

  • 成本(设备成本、部署成本、维护成本等)

对于这些属性的容忍度在很大程度上取决于相关的应用。例如一些应用只需要知道某个资产是否存在于某个特定的房间中,而其他一些应用可能需要精确到高于米或厘米级的定位精度。


所需的精度还直接影响到部署和实施资产追踪系统的成本。一般而言,系统需要的精度越高,所涉及的成本就越高。

 

适用于资产追踪的无线技术比较

正如我们在之前所提到的,资产追踪应用与室内导航应用非常相似,因此最适合它们的无线技术也十分相似:

  • 低功耗蓝牙

  • 超宽带(UWB)

  • LPWAN(LoRa、LTE-M、NB-IoT)

  • RFID(有源)

还有一个解决方案虽然与物联网无关,但仍值得一提(因为其也是一种流行的替代技术) —— 计算机视觉技术(ComputerVision )。计算机视觉指通过算法和技术的实现,使计算机能够识别数字图像中的人和物体。随着计算机视觉技术的发展,目前已经可以使用摄像系统实时识别和追踪资产。计算机视觉系统的主要缺点是在对视频/图像及其内容进行分析时需要极高的带宽,尤其是在实时分析时

 

低功耗蓝牙

低功耗蓝牙(Bluetooth®Low Energy)是资产追踪应用中最流行的无线技术之一。在资产追踪应用中使用低功耗蓝牙的一些主要优点包括:

  • 低功耗

  • 低成本

  • 支持大规模部署

低功耗蓝牙的一些缺点包括:来自同一频谱中的其他信号可能会产生干扰,以及依靠RSSI的系统精度只能达到中等。

蓝牙Beacon常用于资产追踪系统。实现该方案需要在设施内的特定区域安装定位器设备,该设备接收由附加到不同资产的标签(作为蓝牙信标)传输的信号。蓝牙Beacon将数据包发送至距离内的每个定位器,并将这些数据包的接收信号强度指示器(Received Signal Strength Indicator,RSSI)报告给后台服务器。后台服务器定位到所有定位器设备,并可以运用RSSI信息确定设施内蓝牙Beacon(资产标签)的大致位置。


2019年,蓝牙标准技术规格5.1版本引入了一项激动人心的新功能 ——蓝牙寻向(Bluetooth Direction Finding。这项新功能可以让蓝牙低功耗设备根据出发角(AoD)和/或到达角(AoA)大幅提高蓝牙设备的位置精度。

 

AoA较为适合资产追踪。如果使用这项技术,那么一个设施中会安装多个定位器装置(接收器)。每个定位器都有一个天线阵列,该阵列被用于确定从单天线蓝牙Beacon(资产标签)接收信号的到达角。之后,可以通过RSSI和AoA信息来更精确地确定标签的位置。最后,一般通过网络接口(通过后台服务器)将资产位置报告给资产追踪系统的用户。

 

超宽带(Ultra-WidebandUWB

超宽带是一项在室内导航系统中十分流行的短距离无线电技术。UWB的运行频率范围是3.1到10.6 GHz,带宽至少为500 MHz。


基于UWB的室内定位系统与低功耗蓝牙Beacon解决方案的不同之处在于,UWB利用传输时间而不是RSSI测量值来估算距离(该距离之后将被用于三边测量计算以确定设备位置)。


这种方法的基本原理是根据信号从发射器传播到接收器所花费的时间和信号速度来计算从一个设备到另一个设备的距离。最后将这些值用于三边测量法,确定目标设备的位置。


下面是UWB资产追踪系统的几个优点:

  • 由于运行频带范围极宽,因此精度高于其他技术中使用的RSSI技术(任何射频信号传输时间的测量都与其带宽相关)

  • 凭借以下特点,可以减少对其他信号的干扰:

1. 可在不同的频谱中工作

2. 低发射功率

3. 较短发射持续时间


下面是UWB在用于资产追踪应用时的几个缺点:

1. 成本高昂,有时令人望而却步

2. 缺乏全球标准,在全球没有统一的规范

 

LPWAN技术(LoRaLTE-MNB-IoT

近期,LPWAN技术在资产追踪应用领域日益流行,尤其是当需要远程追踪时。基于LPWAN的解决方案通常使用辅助GPS(A-GPS)来确定位置。但这种方法在室内会受到限制,因此在这种情况下,解决方案需要通过基于RSSI或飞行时间(ToF)的三角测量法来确定位置。


由于LPWAN技术的高延迟,这些解决方案通常只能用于追踪移动范围有限的设备,无法追踪数量多的移动设备。延迟也与定位计算的精度直接相关,所以这些解决方案通常无法提供足够精确的定位计算。

 

RFID

我们要讨论的最后一种资产追踪系统可以使用的无线技术是射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)。基于RFID的资产追踪系统通常使用RSSI测量来确定位置。


RFID标签分为两种类型:无源和有源。资产追踪系统一般使用有源射频识别标签而不非无源标签,这是因为有源标签的工作范围更大。


RFID资产追踪系统的一些缺点包括:

  • 有源RFID标签的成本高

  • 需要许多标签才能提供准确的定位

  • 在某些情况下精度较低

 

现在让我们根据我们所列出的关键属性来比较这几项最常见的技术:

   

后续讨论

大多数资产追踪系统会使用多种技术,而且每种技术都有不同的用途。例如Wi-Fi可用于设施内不同定位器和后台服务器之间的数据传输,而低功耗蓝牙和UWB等技术最常用于确定区域内目标设备的位置。


在选择用于资产追踪的技术时,所需要考虑的最重要属性是定位精度。一般而言,精度越高,成本就越高,系统就越复杂。这会在很大程度上影响为资产追踪系统所选择的技术。有一点很重要:由于增加了寻向功能,因此蓝牙技术能够以较低的成本实现高精度,尤其是在考虑到总体成本的情况下。


有些资产追踪系统还可以通过设备端来采集传感器数据。为此,可在附着在被追踪设备上的资产标签中加入传感器。在这种情况下,延迟对所使用技术的可行性起着至关重要的作用。

 

原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/qKSiBNc4ZaEjJUlkUa8Upg

 

您也可以扫描以下二维码,关注Silicon Labs社交媒体平台


评论
  •   在信号处理过程中,由于信号的时域截断会导致频谱扩展泄露现象。那么导致频谱泄露发生的根本原因是什么?又该采取什么样的改善方法。本文以ADC性能指标的测试场景为例,探讨了对ADC的输出结果进行非周期截断所带来的影响及问题总结。 两个点   为了更好的分析或处理信号,实际应用时需要从频域而非时域的角度观察原信号。但物理意义上只能直接获取信号的时域信息,为了得到信号的频域信息需要利用傅里叶变换这个工具计算出原信号的频谱函数。但对于计算机来说实现这种计算需要面对两个问题: 1.
    TIAN301 2025-01-14 14:15 113浏览
  • 食物浪费已成为全球亟待解决的严峻挑战,并对环境和经济造成了重大影响。最新统计数据显示,全球高达三分之一的粮食在生产过程中损失或被无谓浪费,这不仅导致了资源消耗,还加剧了温室气体排放,并带来了巨大经济损失。全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗(SIX:AMS)近日宣布,艾迈斯欧司朗基于AS7341多光谱传感器开发的创新应用来解决食物浪费这一全球性难题。其多光谱传感解决方案为农业与食品行业带来深远变革,该技术通过精确判定最佳收获时机,提升质量控制水平,并在整个供应链中有效减少浪费。 在2024
    艾迈斯欧司朗 2025-01-14 18:45 68浏览
  • 数字隔离芯片是现代电气工程师在进行电路设计时所必须考虑的一种电子元件,主要用于保护低压控制电路中敏感电子设备的稳定运行与操作人员的人身安全。其不仅能隔离两个或多个高低压回路之间的电气联系,还能防止漏电流、共模噪声与浪涌等干扰信号的传播,有效增强电路间信号传输的抗干扰能力,同时提升电子系统的电磁兼容性与通信稳定性。容耦隔离芯片的典型应用原理图值得一提的是,在电子电路中引入隔离措施会带来传输延迟、功耗增加、成本增加与尺寸增加等问题,而数字隔离芯片的目标就是尽可能消除这些不利影响,同时满足安全法规的要
    华普微HOPERF 2025-01-15 09:48 83浏览
  • 流量传感器是实现对燃气、废气、生活用水、污水、冷却液、石油等各种流体流量精准计量的关键手段。但随着工业自动化、数字化、智能化与低碳化进程的不断加速,采用传统机械式检测方式的流量传感器已不能满足当代流体计量行业对于测量精度、测量范围、使用寿命与维护成本等方面的精细需求。流量传感器的应用场景(部分)超声波流量传感器,是一种利用超声波技术测量流体流量的新型传感器,其主要通过发射超声波信号并接收反射回来的信号,根据超声波在流体中传播的时间、幅度或相位变化等参数,间接计算流体的流量,具有非侵入式测量、高精
    华普微HOPERF 2025-01-13 14:18 495浏览
  • 新年伊始,又到了对去年做总结,对今年做展望的时刻 不知道你在2024年初立的Flag都实现了吗? 2025年对自己又有什么新的期待呢? 2024年注定是不平凡的一年, 一年里我测评了50余块开发板, 写出了很多科普文章, 从一个小小的工作室成长为科工公司。 展望2025年, 中国香河英茂科工, 会继续深耕于,具身机器人、飞行器、物联网等方面的研发, 我觉得,要向未来学习未来, 未来是什么? 是掌握在孩子们生活中的发现,和精历, 把最好的技术带给孩子,
    丙丁先生 2025-01-11 11:35 465浏览
  • 01. 什么是过程能力分析?过程能力研究利用生产过程中初始一批产品的数据,预测制造过程是否能够稳定地生产符合规格的产品。可以把它想象成一种预测。通过历史数据的分析,推断未来是否可以依赖该工艺持续生产高质量产品。客户可能会要求将过程能力研究作为生产件批准程序 (PPAP) 的一部分。这是为了确保制造过程能够持续稳定地生产合格的产品。02. 基本概念在定义制造过程时,目标是确保生产的零件符合上下规格限 (USL 和 LSL)。过程能力衡量制造过程能多大程度上稳定地生产符合规格的产品。核心概念很简单:
    优思学院 2025-01-12 15:43 530浏览
  • 随着数字化的不断推进,LED显示屏行业对4K、8K等超高清画质的需求日益提升。与此同时,Mini及Micro LED技术的日益成熟,推动了间距小于1.2 Pitch的Mini、Micro LED显示屏的快速发展。这类显示屏不仅画质卓越,而且尺寸适中,通常在110至1000英寸之间,非常适合应用于电影院、监控中心、大型会议、以及电影拍摄等多种室内场景。鉴于室内LED显示屏与用户距离较近,因此对于噪音控制、体积小型化、冗余备份能力及电气安全性的要求尤为严格。为满足这一市场需求,开关电源技术推出了专为
    晶台光耦 2025-01-13 10:42 511浏览
  • ARMv8-A是ARM公司为满足新需求而重新设计的一个架构,是近20年来ARM架构变动最大的一次。以下是对ARMv8-A的详细介绍: 1. 背景介绍    ARM公司最初并未涉足PC市场,其产品主要针对功耗敏感的移动设备。     随着技术的发展和市场需求的变化,ARM开始扩展到企业设备、服务器等领域,这要求其架构能够支持更大的内存和更复杂的计算任务。 2. 架构特点    ARMv8-A引入了Execution State(执行状
    丙丁先生 2025-01-12 10:30 471浏览
  • 根据Global Info Research(环洋市场咨询)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机电池和电源产值达到2834百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为10.1%。 无人机电池是为无人机提供动力并使其飞行的关键。无人机使用的电池类型因无人机的大小和型号而异。一些常见的无人机电池类型包括锂聚合物(LiPo)电池、锂离子电池和镍氢(NiMH)电池。锂聚合物电池是最常用的无人机电池类型,因为其能量密度高、设计轻巧。这些电池以输出功率大、飞行时间长而著称。不过,它们需要
    GIRtina 2025-01-13 10:49 201浏览
  • PNT、GNSS、GPS均是卫星定位和导航相关领域中的常见缩写词,他们经常会被用到,且在很多情况下会被等同使用或替换使用。我们会把定位导航功能测试叫做PNT性能测试,也会叫做GNSS性能测试。我们会把定位导航终端叫做GNSS模块,也会叫做GPS模块。但是实际上他们之间是有一些重要的区别。伴随着技术发展与越发深入,我们有必要对这三个词汇做以清晰的区分。一、什么是GPS?GPS是Global Positioning System(全球定位系统)的缩写,它是美国建立的全球卫星定位导航系统,是GNSS概
    德思特测试测量 2025-01-13 15:42 498浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦