物聯(lián)網(wǎng)中幾種定位技術(shù)應(yīng)用的比較分析

1、Applied TechnologyN用技術(shù)文章編號：1674-9146(2011 )09-()088-03物聯(lián)網(wǎng)中幾種定位技術(shù)應(yīng)用的比較分析*李雪梅（山西大學(xué)工程學(xué)院.山西太原 030013）摘 要：根據(jù)在實際工作中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)中的各種定位技術(shù)的開發(fā)經(jīng)驗.對目前物聯(lián)網(wǎng)中定位技術(shù)的概念、原理和特 點進(jìn)行了分析和比較，根堀這些特點和在實際應(yīng)用中的測試結(jié)果對輸聯(lián)網(wǎng)中這兒種定位技術(shù)的應(yīng)用提出建議 關(guān)鍵詞；楊聯(lián)網(wǎng)；電子標(biāo)寥；定位扌丈術(shù)中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A© 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House

2、. All rights reserved, Applied Technology© 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Applied Technology無線通信技術(shù)的成熟和發(fā)展.帶動r物聯(lián)網(wǎng)時 代的到來越來越多的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù).例如WiFi, WiMax, Zigbee Ad hoc, BlueTooth RF1I）和 Ultra* ideBand （JWB）,在辦公室、家庭、T.廠、公 園等大眾生活的方各面止得到廣泛應(yīng)用，卑于無線 網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已

3、蓬勃發(fā)展起來，并且具冇廣闊 的發(fā)展前駅。1幾種常用的定位技術(shù)無線通信技術(shù)的成熟和發(fā)展.帶動r新興物聯(lián) 網(wǎng)的出現(xiàn).越來越多的應(yīng)用都需要自動定位服務(wù) 以下就口前常見的技術(shù)幾個無線定位技術(shù)如RHD 技術(shù)、Zigbee技術(shù)和UWB技術(shù)做個比較1.1 RFID 技術(shù)RE11）是 Kadio Frequency Identification 的縮寫， 即射頻識別.常稱為感應(yīng)式電子芯片或近接K、感 應(yīng)卡、非接觸R、電子標(biāo)簽、電子條碼等，射頻識 別是一種利用無線射頻方式在讀寫器和電子標(biāo)簽之 間進(jìn)行非接觸的雙向數(shù)據(jù)傳輸以達(dá)到口標(biāo)識別和 數(shù)據(jù)交換口的的技術(shù)",也是口詢市場上使用的比 較成熟的產(chǎn)品之一。1

4、.1.1基本原理REID射頻識別是種非接觸式的口動識別技 術(shù)，它通過射頻信號自動識別1標(biāo)對象并獲取相關(guān) 數(shù)據(jù)識別T.作無須人T.十預(yù).可丁作于各種惡劣 壞境RHI）技術(shù)可識別高速運動物體并町同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便，射頻識別系統(tǒng)的基本模型見圖1,其中，電子 標(biāo)簽又稱為射頻標(biāo)簽、應(yīng)答器、數(shù)據(jù)載體；閱讀器 乂稱為讀出裝置、打描器、通訊器和讀寫器 取決 于電子標(biāo)簽是否可以無線改寫數(shù)據(jù)）電子標(biāo)答與 閱讀器之間通過朗合組件實現(xiàn)射頻信號的空間（X 接觸）耦合、在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時序關(guān)系，實現(xiàn) 能馱的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。門一_電子標(biāo)簽（非接1趁的轅丟釵休）攝合元件（線闖、詆減無線,）圖1 RFID基本模

5、型1.1.2系統(tǒng)特點在實際應(yīng)用中，感應(yīng) 俳接觸）式巡檢系統(tǒng)止 全面取代接觸式系統(tǒng).而被大多數(shù)用門采用。它具 冇以下特點。1）快速識別，RH1）辨識器町同時辨識讀取數(shù) 個RFID標(biāo)簽2）體積小型化、形狀多樣化o RFII）在讀取上 并不受尺寸大小與形狀限制.可應(yīng)用于不同產(chǎn)品。3）抗污染能力和耐久性RHI）對水、油和化© 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Applied Technology© 1994-2013 China Academic Jo

6、urnal Electronic Publishing House. All rights reserved, Applied Technology基金項目慶學(xué)生創(chuàng)新項目（110148057）收稿日期:2011-07-13:修回日 2011-08-15作者簡介：李雪梅（1962-），女山西太原人教校，主耍從爭敦?fù)?jù)庫與軟堀挖扱、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究.E-inaU jjn噸163am仝CHECH INNOVATION & PRODUCTIVITY-088- I No-9 20H.Total No.212© 1994-2013 China Academic Journal Elect

7、ronic Publishing House. All rights reserved, Applied Technology應(yīng)用技術(shù)惓藥品等物質(zhì)具冇很強抵抗性，RFI1）卷標(biāo)足將數(shù) 據(jù)存在芯片中因此可以免受污損。4）可重復(fù)使用。RFID標(biāo)簽可以重復(fù)地新增、 修改、刪除RFI1）卷標(biāo)內(nèi)儲的數(shù)據(jù)，方便信息的 更新。5）穿透性和無屏障閱讀 在被覆蓋的情況 下.RH1）能夠穿透紙張、木材和翊料等非金屬或 非透明的材質(zhì)，并能夠進(jìn)行穿透性通信C1.1.3應(yīng)用實例0 m BHI）的應(yīng)用非常廣泛.典型應(yīng)用冇物 流、制造業(yè)、醫(yī)療、身份識別、交通等°1）物流:物流過程中的貨物追蹤，信息自動 采集，倉儲

8、應(yīng)用港口應(yīng)用郵政，快遞2）制造業(yè)，牛產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控.質(zhì)戢追蹤. 自動化生產(chǎn)。3）醫(yī)療。醫(yī)療益械俘理，病人身份識別，嬰 兒防盜。4）身份識別。電子護(hù)照身份證，學(xué)生證等 各種電子證件；馴養(yǎng)動物.備牧牲口，寵物等識別 管理。5）交通 出租車管理，公交車樞紐管理，鐵 路機車識別等:，1.2 Zigbee 技術(shù)Zigbee是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞 根據(jù) 這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線 通信技術(shù)Zigl>ee在中國被譯為紫蜂”.它與藍(lán) 牙相類似.是一種新興的短距離無線技術(shù), 1.2.1基本原理Zigbee技術(shù)就是通過在待定位區(qū)域布設(shè)大量的 廉價參考節(jié)點.這些參考節(jié)點間

9、通過無線通信的方 式形成一個大型的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當(dāng)待定位區(qū) 被感劇對象的信息時,在通信距離內(nèi)的參考節(jié)點能 快速的采集到這些信息.同時利用路由廣播的方式 把信息傳遞給苴他參考節(jié)點.最終形成了一個信息 傳遞鏈并經(jīng)過信息的多級跳躍I叫傳給終端電腦加以 處理.從而實現(xiàn)對一定區(qū)域的氏時間監(jiān)控和定位， 見圖2叫1.2.2系統(tǒng)特點1）數(shù)據(jù)傳輸速率低。僅1（） KB/s到250 KB/s, 專注于低傳輸應(yīng)用。2）功耗低，在低耗電待機模式下，兩節(jié)普通 5號十電池叮使用6個月到2年.免去了充電或者 頻繁更換電池的麻煩 這也是Zigbee的支持者所 一直引以為豪的獨特優(yōu)勢。圖2 Zigbee的定位原理示意圖3）成

10、本低，因為Zigbee數(shù)據(jù)傳輸速率低.協(xié) 議簡單.所以大大降低/成本。且Ziglx>e協(xié)議免收 專利費，1.2.3應(yīng)用實例Zigbre并不是用來與藍(lán)牙或者其他已經(jīng)存在的 標(biāo)準(zhǔn)竟?fàn)?，它的目?biāo)定位于現(xiàn)存的系統(tǒng)還不能滿足 其需求的待定的市場它冇著廣闊的應(yīng)川而景其 應(yīng)用領(lǐng)域主要包括以下幾方面，1）家庭和樓宇網(wǎng)絡(luò)?？照{(diào)系統(tǒng)的溫度控制、 照明的自動控制、窗簾的自動控制、煤氣計北控 制、家用電器的遠(yuǎn)程控制等。2）T業(yè)控制。各種監(jiān)控器、傳感器的門動化 控制井下礦工的人員定位等。3）商業(yè)。智慧型標(biāo)簽等。4）公共場所）煙霧探測器等。5）農(nóng)業(yè)控制收集各種土壊信息和氣候信息。1.3 UWB技術(shù)L WB是一種無線

11、載波通信技術(shù).與常見的通信 方式便用連續(xù)的載波不同.LWB采用極短的脈沖信 號來傳送信息.通常每個脈沖持續(xù)的時間只冇幾十 ps到兒ns的時間 這些脈沖所占用的帶寬其至髙 達(dá)幾GHz,因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到幾百 MbpSo1.3.1準(zhǔn)本原理IWB定位系統(tǒng)設(shè)定兒個定位參考點以接收待 測點 數(shù)就上百）發(fā)出的高斯脈沖信號。當(dāng)一個高 斯脈沖中代碼序列被參考點收到時它將在一個時 間整合相關(guān)器內(nèi)與當(dāng)詢產(chǎn)牛.的-個對照序列作比 較當(dāng)收到信號的位移與對照信號相吻合.即出現(xiàn) 一個相關(guān)高峰信號處理接收到的脈沖序列得到接 收時間，從而利用定位算法計算得到待測點的坐 標(biāo).見第90頁圖3%1.3.2系統(tǒng)特點IU B

12、作為一項新的短距離無線通訊技術(shù)，具有 以下-些傳統(tǒng)的通訊技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢,© 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Applied Technology應(yīng)用技術(shù)© 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Applied Technology應(yīng)用技術(shù)科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力20H年9月總第212期一 Q89-© 1994-

13、2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, N用技術(shù)Applied Technology圖3 U/VB的定位原理示意圖1）定位精度髙運用到達(dá)時間差（TODA ）和 到達(dá)時間角度UOA）的混合定位方法.利用三維 坐標(biāo)將定位謀差降到用小。2）范圍覆蓋廣。UWB屬于中短距離范圍內(nèi)的 通訊技術(shù)非常適合構(gòu)建寧內(nèi)環(huán)境的實時定位系 統(tǒng).目前的單個傳感器定位單元的欖蓋面積達(dá)到 300亦，傳感器網(wǎng)絡(luò)的信號發(fā)射節(jié)點跟信號接收節(jié) 點之間的最大距離達(dá)到60 nio3）實時性好，相對于苴他定位技術(shù).UWB定

14、位一個很大的優(yōu)勢就是它具有較好的實時性4）穿透力強。VWB信號具有非常強的穿透 力。l；WB信號能穿透樹葉、土地、混凝土、水體 等介質(zhì)岡此軍事上UWB雷達(dá)可用來探測地雷. 民用上可杳找地F金屬管道、探測髙速公路地卑等,5）通信能力。由于UWB使用的頻點較高， 它的數(shù)據(jù)傳輸速率相當(dāng)高。6）功耗低UWB系統(tǒng)使用間歇的脈沖來發(fā)送 數(shù)據(jù)脈沖持續(xù)時間很短，一般在0.2-1.5 ns之 間，有很低的占空因數(shù).因此系統(tǒng)功耗很低,在高 速通信時系統(tǒng)的耗電量僅為幾百微瓦至幾毫瓦 1.3.3應(yīng)用實例UWB由于功耗低、抗多徑效果好、安全性高、 系統(tǒng)復(fù)雜度低.尤其是能提供非常楙確的定位粘度 等優(yōu)點.已成為未來無線定位

15、技術(shù)的熱點和泮選 但相比較苴他的定位技術(shù).它的成本和造價相對妥 高一些.目麗在國內(nèi)的民用T.業(yè)中的應(yīng)用主耍石 油、電力和民航尊大型企業(yè)的野外人員、物資粘確 定位、傳感器網(wǎng)絡(luò)、機器人運動跟蹤等2各種定位技術(shù)應(yīng)用比較綜上所述.物聯(lián)網(wǎng)在各個行業(yè)的應(yīng)用L1經(jīng)非常 廣泛.而且應(yīng)用的范網(wǎng)也有很多交叉.但是由于在 不同環(huán)境和場合下要求的定位特度不同使用范圍 還是冇所區(qū)別在實際丁作的應(yīng)用中.根據(jù)安裝環(huán) 境的不同以及將度、距離等的差別.它們還有著不 同的便命。表1是3種定位技術(shù)的一個簡單比較，這些定 位技術(shù)各冇自己的待點和適用范I制.可以根據(jù)應(yīng)用 范圉的不同耍求而選用適合的技術(shù)來實現(xiàn)表1 3種定位技術(shù)比較定位技

16、術(shù)RFD采用無線射頻識別技 技術(shù)成熟.實時 性殘亠定位軸度大約 在 3 lOmL 間成本低用于對軻度 :求（、島的場所如 貨物定位高速公珞 收費等aZ采用ZUJeeU術(shù) 抗干擾能'力強.能耗 小，定位軸廢在A 5m 之 Wo成衣不高.用于對精 度要求一般的場所的 場所.如井下人員定 位.醫(yī)院病人定伎、 設(shè)備定位等，UWB采用無線超寬帶定位 技術(shù).技術(shù)先進(jìn)定 位精*林度在 0 15 hz之間成本較用于對粘 度有一定要求.如油 田人員、物逝定位. 機場物資定位事。3結(jié)束語我國的物聯(lián)網(wǎng)研究與應(yīng)用經(jīng)過近10年的發(fā)展， （I前基本上已處于,J國際水平同步的階段,并且有 了一些自主研發(fā)的、具冇自主

17、知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品.隨 看物聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)必將成為人們 日常工作和生活不可缺少的一部分。卷考文獻(xiàn)：1巨天強.RFD的發(fā)展及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和未來fl甘肅科技.20（9 旳 15王立波.陳慈發(fā)CC2431的宣內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計皿單片機 與抿入式系統(tǒng)應(yīng)用,2（X1858B MarhYabrilh超寬帶無錢電星牡北京：電子工業(yè) 出版,2005（I任烷輯王雯）© 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, N用技術(shù)Applied Technology© 199

18、4-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, N用技術(shù)Applied TechnologyAnalysis on Comparing Location Techniques of Internet of ThingsLi Xue-meiEngineering College of Shanxi University, Taiyuan 030013 China)Abstract:According to exploitation experiences of location techniques which were applied internet of things in practicalwork, lhe auihor analyzed and compared concept, principle and features o