物联网中几种定位技术应用的比较分析

1、Applied TechnologyN用技术文章编号：1674-9146(2011 )09-()088-03物联网中几种定位技术应用的比较分析*李雪梅（山西大学工程学院.山西太原 030013）摘 要：根据在实际工作中应用物联网中的各种定位技术的开发经验.对目前物联网中定位技术的概念、原理和特 点进行了分析和比较，根堀这些特点和在实际应用中的测试结果对输联网中这儿种定位技术的应用提出建议 关键词；杨联网；电子标寥；定位扌丈术中图分类号：TP311 文献标志码：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无线通信技术的成熟和发展.带动r物联网时 代的到来越来越多的无线网络技术.例如WiFi, WiMax, Zigbee Ad hoc, BlueTooth RF1I）和 Ultra* ideBand （JWB）,在办公室、家庭、T.厂、公 园等大众生活的方各面止得到广泛应用，卑于无线 网络的物联网应用已

3、蓬勃发展起来，并且具冇广阔 的发展前駅。1几种常用的定位技术无线通信技术的成熟和发展.带动r新兴物联 网的出现.越来越多的应用都需要自动定位服务 以下就口前常见的技术几个无线定位技术如RHD 技术、Zigbee技术和UWB技术做个比较1.1 RFID 技术RE11）是 Kadio Frequency Identification 的缩写， 即射频识别.常称为感应式电子芯片或近接K、感 应卡、非接触R、电子标签、电子条码等，射频识 别是一种利用无线射频方式在读写器和电子标签之 间进行非接触的双向数据传输以达到口标识别和 数据交换口的的技术",也是口询市场上使用的比 较成熟的产品之一。1

4、.1.1基本原理REID射频识別是种非接触式的口动识别技 术，它通过射频信号自动识别1标对象并获取相关 数据识别T.作无须人T.十预.可丁作于各种恶劣 坏境RHI）技术可识别高速运动物体并町同时识别多个标签，操作快捷方便，射频识别系统的基本模型见图1,其中，电子 标签又称为射频标签、应答器、数据载体；阅读器 乂称为读出装置、打描器、通讯器和读写器 取决 于电子标签是否可以无线改写数据）电子标答与 阅读器之间通过朗合组件实现射频信号的空间（X 接触）耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现 能馱的传递、数据的交换。门一_电子标签（非接1趁的轅丟釵休）摄合元件（线闯、詆減无线,）图1 RFID基本模

5、型1.1.2系统特点在实际应用中，感应 俳接触）式巡检系统止 全面取代接触式系统.而被大多数用门采用。它具 冇以下特点。1）快速识别，RH1）辨识器町同时辨识读取数 个RFID标签2）体积小型化、形状多样化o RFII）在读取上 并不受尺寸大小与形状限制.可应用于不同产品。3）抗污染能力和耐久性RHI）对水、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基金項目庆学生创新项目（110148057）收稿日期:2011-07-13:修回日 2011-08-15作者简介：李雪梅（1962-），女山西太原人教校，主耍从爭敦据库与软堀挖扱、物联网技术应用研究.E-inaU jjn吨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应用技术惓药品等物质具冇很强抵抗性，RFI1）卷标足将数 据存在芯片中因此可以免受污损。4）可重复使用。RFID标签可以重复地新增、 修改、删除RFI1）卷标内储的数据，方便信息的 更新。5）穿透性和无屏障阅读 在被覆盖的情况 下.RH1）能够穿透纸张、木材和翊料等非金属或 非透明的材质，并能够进行穿透性通信C1.1.3应用实例0 m BHI）的应用非常广泛.典型应用冇物 流、制造业、医疗、身份识别、交通等°1）物流:物流过程中的货物追踪，信息自动 采集，仓储

8、应用港口应用邮政，快递2）制造业，牛产数据的实时监控.质戢追踪. 自动化生产。3）医疗。医疗益械俘理，病人身份识別，婴 儿防盗。4）身份识别。电子护照身份证，学生证等 各种电子证件；驯养动物.备牧牲口，宠物等识别 管理。5）交通 出租车管理，公交车枢纽管理，铁 路机车识别等:，1.2 Zigbee 技术Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词 根据 这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线 通信技术Zigl>ee在中国被译为紫蜂”.它与蓝 牙相类似.是一种新兴的短距离无线技术, 1.2.1基本原理Zigbee技术就是通过在待定位区域布设大量的 廉价参考节点.这些参考节点间

9、通过无线通信的方 式形成一个大型的自组织网络系统，当待定位区 被感剧对象的信息时,在通信距离内的参考节点能 快速的采集到这些信息.同时利用路由广播的方式 把信息传递给苴他参考节点.最终形成了一个信息 传递链并经过信息的多级跳跃I叫传给终端电脑加以 处理.从而实现对一定区域的氏时间监控和定位， 见图2叫1.2.2系统特点1）数据传输速率低。仅1（） KB/s到250 KB/s, 专注于低传输应用。2）功耗低，在低耗电待机模式下，两节普通 5号十电池叮使用6个月到2年.免去了充电或者 频繁更换电池的麻烦 这也是Zigbee的支持者所 一直引以为豪的独特优势。图2 Zigbee的定位原理示意图3）成

10、本低，因为Zigbee数据传输速率低.协 议简单.所以大大降低/成本。且Ziglx>e协议免收 专利费，1.2.3应用实例Zigbre并不是用来与蓝牙或者其他已经存在的 标准竟争，它的目标定位于现存的系统还不能满足 其需求的待定的市场它冇着广阔的应川而景其 应用领域主要包括以下几方面，1）家庭和楼宇网络。空调系统的温度控制、 照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气计北控 制、家用电器的远程控制等。2）T业控制。各种监控器、传感器的门动化 控制井下矿工的人员定位等。3）商业。智慧型标签等。4）公共场所）烟雾探测器等。5）农业控制收集各种土壊信息和气候信息。1.3 UWB技术L WB是一种无线

11、载波通信技术.与常见的通信 方式便用连续的载波不同.LWB采用极短的脉冲信 号来传送信息.通常每个脉冲持续的时间只冇几十 ps到儿ns的时间 这些脉冲所占用的带宽其至髙 达几GHz,因此最大数据传输速率可以达到几百 MbpSo1.3.1准本原理IWB定位系统设定儿个定位参考点以接收待 测点 数就上百）发出的高斯脉冲信号。当一个高 斯脉冲中代码序列被參考点收到时它将在一个时 间整合相关器内与当询产牛.的-个对照序列作比 较当收到信号的位移与对照信号相吻合.即出现 一个相关高峰信号处理接收到的脉冲序列得到接 收时间，从而利用定位算法计算得到待测点的坐 标.见第90页图3%1.3.2系统特点IU B

12、作为一项新的短距离无线通讯技术，具有 以下-些传统的通讯技术无法比拟的优势,© 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Applied Technology应用技术© 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Applied Technology应用技术科技创新与生产力20H年9月总第212期一 Q89-© 1994-

13、2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, N用技术Applied Technology图3 U/VB的定位原理示意图1）定位精度髙运用到达时间差（TODA ）和 到达时间角度UOA）的混合定位方法.利用三维 坐标将定位谋差降到用小。2）范围覆盖广。UWB属于中短距离范围内的 通讯技术非常适合构建寧内环境的实时定位系 统.目前的单个传感器定位单元的榄盖面积达到 300亦，传感器网络的信号发射节点跟信号接收节 点之间的最大距离达到60 nio3）实时性好，相对于苴他定位技术.UWB定

14、位一个很大的优势就是它具有较好的实时性4）穿透力强。VWB信号具有非常强的穿透 力。l；WB信号能穿透树叶、土地、混凝土、水体 等介质冈此军事上UWB雷达可用来探测地雷. 民用上可杳找地F金属管道、探测髙速公路地卑等,5）通信能力。由于UWB使用的频点较高， 它的数据传输速率相当高。6）功耗低UWB系统使用间歇的脉冲来发送 数据脉冲持续时间很短，一般在0.2-1.5 ns之 间，有很低的占空因数.因此系统功耗很低,在高 速通信时系统的耗电量仅为几百微瓦至几毫瓦 1.3.3应用实例UWB由于功耗低、抗多径效果好、安全性高、 系统复杂度低.尤其是能提供非常楙确的定位粘度 等优点.已成为未来无线定位

15、技术的热点和泮选 但相比较苴他的定位技术.它的成本和造价相对妥 高一些.目丽在国内的民用T.业中的应用主耍石 油、电力和民航尊大型企业的野外人员、物资粘确 定位、传感器网络、机器人运动跟踪等2各种定位技术应用比较综上所述.物联网在各个行业的应用L1经非常 广泛.而且应用的范网也有很多交叉.但是由于在 不同环境和场合下要求的定位特度不同使用范围 还是冇所区别在实际丁作的应用中.根据安装环 境的不同以及将度、距离等的差別.它们还有着不 同的便命。表1是3种定位技术的一个简单比较，这些定 位技术各冇自己的待点和适用范I制.可以根据应用 范圉的不同耍求而选用适合的技术来实现表1 3种定位技术比较定位技

16、术RFD采用无线射频识别技 技术成熟.实时 性殘亠定位轴度大约 在 3 lOmL 间成本低用于对轲度 :求（、岛的场所如 货物定位高速公珞 收费等aZ采用ZUJeeU术 抗干扰能'力强.能耗 小，定位轴废在A 5m 之 Wo成衣不高.用于对精 度要求一般的场所的 场所.如井下人员定 位.医院病人定伎、 设备定位等，UWB采用无线超寬带定位 技术.技术先进定 位精*林度在 0 15 hz之间成本较用于对粘 度有一定要求.如油 田人员、物逝定位. 机场物资定位事。3结束语我国的物联网研究与应用经过近10年的发展， （I前基本上已处于,J国际水平同步的阶段,并且有 了一些自主研发的、具冇自主

17、知识产权的产品.随 看物联网的迅速发展和应用，物联网必将成为人们 日常工作和生活不可缺少的一部分。卷考文献：1巨天强.RFD的发展及其应用的现状和未来fl甘肃科技.20（9 旳 15王立波.陈慈发CC2431的宣内定位系统设计皿单片机 与抿入式系统应用,2（X1858B MarhYabrilh超宽带无钱电星牡北京：电子工业 出版,2005（I任烷辑王雯）© 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, N用技术Applied Technology© 199

18、4-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, N用技术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