定位技术的现状和需要解决的问题

<March 2009>
doc.: IEEE 802.15-09-0219-01-004f
有源RFID不需要解决的问题 • 大数据量交换要求
– 是Wi-Fi 和蓝牙的工作范围 – 但功耗太高 （高2阶）
• 传感器数据的采集和传输的应用要求
– 是Zigbee 的工作范围 – 功耗仍然很高（高1阶）
• 非常近的距离信息传输要求，不存在遮挡问题 非常近的距离信息传输要求，
• 有的目标的实时定位就至关重要
– 跟踪移动中的人员和资产
– 实时定位的刷新要求视具体情况而定，从几秒钟到几分钟
• 刷新速度越快，处理标签的量就越少，电池寿命越短 刷新速度越快，处理标签的量就越少， • 在许多应用中，要求刷新速率根据目标移动速度进行 在许多应用中， 调整
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• 精度 误差范围3 – 10 米
– 确定目标位置并找到目标（当来到目标所在位置，肉眼发现它） – 应用例子： • 找一个轮椅 • 在生产车间找寻一个压缩机 • 病人跌到了需要帮助 • 有人取掉婴儿标签企图偷走婴儿
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• 用于制造和物流管理
– 需要十万到百万 – 标签价格是关键， 必须要<10 美圆/个 才能实现要求的投资回报率
• 在定义MAC and PHY时，系统的造价也将发挥作用 在定义MAC PHY时
– 在医院定位系统中，每平方米10美圆的造价被认为是可接受的底线 – 太复杂和太昂贵的系统将会有问题
• 在定义 在定义MAC and PHY时，标签的造价也将发挥作用 时
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标签位置信息刷新速度
• 有的目标很少移动，或者说根本就不动 有的目标很少移动，
– 家具，IT设备，工具等，….. – 没必要要经常更新，一天一次足够了
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标签离开读写器距离范围探测
• 在控制关卡的探测
– 这是有源标签非常重要的特性，但往往在RTLS中又被忽视了 – 人和资产保护范围 – 出口探测（装卸货平台，工厂分区等）
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有源RFID需要解决的问题
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• 需要快速探测（ < 1秒） 需要快速探测（ 秒
– 安防应用（例如，当一个快速移动的婴儿偷窃者在接近门的地方被 探测到时，门锁必须能快速反应）
– 大量标签（例如叉车Hale Waihona Puke Baidu盘上成百的物件）快速移动通过关卡 时，要能完全识别
• 可以用于定位
– 基于进/出口管理的低成本定位
• 可以使用 可以使用MAC层和 层和PHY层外的其它方法有效地解决 层和 层外的其它方法有效地解决
– 低频（近距离场），红外，超声波等
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标签密度
• 系统大小可变
– – – – 几十个标签（人和资产安防系统） 上千个标签，（医疗，仓库和工厂等的资产管理） 上万个标签（仓库，货柜管理） 上百万标签（货柜管理）
• 在一个小范围内有上千标签需要实时定位
– 降低任何一个给定标签占用信道的时间非常重要 – 可靠通信，需要处理的标签数量，以及系统成本之间需要权衡得失， 在许多应用中并不需要知道所有标签的信息。
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精确定位---续
• 精度 误差范围 – 3米 误差范围1
– 寻找一个东西（使用中的资产，人流中找人等） – 应用例子： • 病人在手术室中待了多长时间？ • 跟踪一台使用中的仪器设备如何从一个站点到另一个站点 • 哪里是一条汽车装配线上的工作瓶颈 ？ • 过去3天中护士甲来看护过病人乙多少次？
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精确定位---续
• 区别房间
– 要找的东西在墙的的哪一边？ – 有效可靠地解决本问题很困难 – 假如可靠性小于99%，基本没用
• 增加定位精度就需要更多的读写器，一般都意味着要 增加定位精度就需要更多的读写器， 增加成本！ 增加成本！
• 精度 误差范围 1米 误差范围<
– 确定一个目标的位置（在2维或3维货架上的位置，使用中的 资产，人流中找人，更高精度应用中） • 盛螺丝的盒子被拿走了需要放回 • 顾客在商店中某个货架前停留了多长时间？
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标签工作环境的考虑
• 标签小环境不同
– 标签随身带（人体吸收和遮挡射频信号） – 标签安装在带电体上（EMI问题） – 安装在不同材料上（金属塑料木头人动物等）
• 大环境不同： 大环境不同：
– 医院中婴儿身上的标签 – 处于仓库中托盘上物件的标签---多层堆放---高高在上 – 安装在恶劣的工厂或运输环境中的大的金属货柜或货架上标签
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有源RFID需要解决的问题 • • • • • • •
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定位问题 范围探测问题 高密度标签处理问题 标签工作环境问题 标签和系统成本问题 尺寸大小问题 电池寿命问题
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– 属于无源电子标签的工作范围 – 但不能满足定位的要求，距离太近，对标签方向敏感
• 可视要求
– 属于条码的工作范围
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<March 2009>
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Project: IEEE P802.15 Working Group for Wireless Personal Area Networks (WPANs)
Submission Title: [Active_RFID_Problems_to_solve] 有源电子标签需要解决的问题 Date Submitted: [11 Mar, 2009”] Source: [Dalibor Pokrajac] Company [Guard RFID Solutions] Address [Add address Street, City, PC, Province/State, Country] Voice:[Add telephone number], FAX: [Add FAX number], E-Mail:[dalibor.pokrajac@guardrfid.com] Re: [Response to 802.15.4f Call For Applications] Abstract: [Active RFID use case examples and challenges to resolve]有源电子标签使用实例及挑战 Purpose: [To be considered during 802.15.4f standard development process]供制定标准时考虑 Notice: This document has been prepared to assist the IEEE P802.15. It is offered as a basis for discussion and is not binding on the contributing individual(s) or organization(s). The material in this document is subject to change in form and content after further study. The contributor(s) reserve(s) the right to add, amend or withdraw material contained herein. Release: The contributor acknowledges and accepts that this contribution becomes the property of IEEE and may be made publicly available by P802.15.
• 病人流动和保护
– 标签可丢弃以防污染 – <10 美圆/个 可实现要求的投资回报率
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签和系统的成本—续 签和系统的成本 续
• 环境对标签定位精度的影响 • 减小如下环境影响
– 周围物体的移动 – 系统结构布置 – 同一个位置标签的方向不同
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– 由于高的处理功耗和射频前端，太复杂和太昂贵的芯片和射频元器 件统将会带来问题
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标签和系统的成本
• 大多数情况下，标签的成本是主要考虑因素 大多数情况下， • 用于人和高价值资产定位和保护的标签
– 目标价值高使用数量有限）可接受单价20 -100美圆/个
• 用于医院和工厂定位跟踪的标签
– 需要成千上万，标签成本变成非常重要因素 – 通常10 – 20 美圆/个 可实现要求的投资回报率
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定位精度要求
• 精度要求取决于具体应用要求，其变化非常大 精度要求取决于具体应用要求， • 精度 误差范围> 10米情况 米情况 误差范围
– 有一个大概的概念：在哪层楼？在哪个房间？在仓库的哪一端，等等，。。。 – 应用例子： • 在一个堆放场中确定一个集装箱的位置 • 紧急情况下寻找某个关键人物，在哪个在建筑物内？在哪个楼层？ • 金属货架XYZ是在哪个库房？爱荷华州还是在墨西哥州？