物联网课程 3 位置感知f
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例1:當朋友来临，给出提醒 Communication (通信) 例2: 主动提供朋友目前所在位置
信息
Information (信息)
例3:你所在城市发布应急警报
例1:查询目前在你附近的朋 友。
例2:找到好看到電影，並引 導到電影院。
Entertainment (娱乐)
例4:玩location-based game， 而且你正在被攻击。
现在一般统称为LBS，其定义：
z为了提供使用者加值服务 z整合一个可以定位的移动装置 z然后以位置信息提供相关的服务
LBS的主要用途
追踪
z基于信标(Tag/Badge) z在移动网络中追踪目标（人或物）位置
定位
z通过无线电、红外光或超声波信息，感知目标 z并依据所收到的信息，计算出位置信息。 z最终确定出目标的位置。
集成双ARM7和802.11b/g射频模块
国内 9南京唐恩科技资讯有限公司代理美国的ubisense公司(iLocate UWB定位系统 )
9苏州优频科技有限公司(把美国技术引入到百万 国$内进行推广，未见公开专利与论文等技术细节，
且仅有WiFi方案)
800
我国LBS技术目前处在应用推广初 700
z 定位服务器 z 基于定位的应用
(Diagram courtesy of OMA.)
4. OpenLS架构
入口
MLP与OpenLS的关系
Gateway Mobile Location Center /Mobile Positioning Center
第三方內容 (Diagram courtesy of OGC.)
600
市场收入
期，市场前景广阔
500
400
缺乏技术核心自主知识产权，需要 300 200
深入研究
100
0 2006
2008
2010
2013 年
亚太地区LBS市场预测(Frost&Sullivan)
4. LBS 通信模型
LBS 通信模型
(General LBS communication model) 包括：
Open GIS Consortium, Inc. (OGC)
z z OGC 主要提供LBS应用层的相关标准
其他标准化组织
z 提供 LBS 标准环境的重要元件
LBS相关标准
标准
内容
国际 ISO/IEC 24730
9第1部分为应用程序接口，基于ANSI371.3标准制定 9第2部分为2.4GHz空中接口，基于ANSI371.1标准制定，该部 分包含Savi Technology 公司的4项专利和WhereNet公司的5项专 利；第2(B)部分为2.4G宽带线性调频扩频 9第3部分为433MHz空中接口，基于ANSI371.2标准制定 9第4部分为全球定位系统 9第5部分为超宽带
无源可达8米
车辆、物流
干扰较大，部署广泛
不同频段、有源/无源RFID定位技术各具特点 面向不同应用，可选择合适方式，或多个频段、有源与无源相结合
2. LBS 标准架构(The LBS Standards Framework)
定义通信协议
定义下一代通信服务与第 三方应用间的桥接接口
下一代通信服务的Java实现 Internet协议与服务
IEEE 802.15.4给出了5种不同测距算法：
z 到达时间 Time-of-Arrival: TOA z 到达时间差 Time-Difference-of-Arrival: TDOA z 信息强度 Signal Strength Ranging: SSR z 近邻电磁 Near-Field EM Ranging: NFER z 到达角度 Angle-of-Arrival: AOA
1. 定位的基本方法
三角法：由三角形各顶点测算角度
三边法：由三角形各顶点测算边长
折线法：使用极坐标（角度+距离)，不太适合移动定位
2. 测距算法
在IEEE 802.15.4标准中，针对低速无线个域 网络(Low Rate WPAN) 应用领域，提出新的 物理层(PHY)的选择，同时也制定、强化既有 的媒体存取控制层(MAC) 的协议。
MÆ H
Asset Tracking (资产追踪) High
Location-Sensitive Billing (敏感位置收 费)
MÆ L
Source: Bellocci, V., Genovese, S., Inuaggiato, D., and Tucci, M. (2002, July 18). "Mobile Location-Aware
物联网及其应用 第三讲 位置感知
中科院计算所 朱珍民 2012.5.28
提纲
LBS概述 相关标准 定位技术与方法 移动定位技术 室内定位方法 应用案例讨论
TOA、TDOA、AOA RSSI、 NFER
GPS、WLAN、网络 端、用户端
一、LBS概述
1. LBS概念 2. 技术发展 3. 应用前景 4. 通信模型
Services: 2002 Market Perspective," Ericsson, Division Service Architecture and Interactive Solutions.
应用实例
Push Services(推)
Pull Services (拉)
Person-oriented (个人定向)
z 定位层、中间件层、应用层
定位层(Positioning Layer)
负责计算出设备或使用者目前所处的位置
z定位装置 (PDE: Position Determination Equipment )
由PDE算出位置，并将位置坐标在网络中 传输到
z应用程序 z中间件
中间件层
定位层计算出位置坐标后，将位置信息传输 给应用程序，但是由于定位层(P)的技术与应 用层(A)的技术 ，其组合的可能性为A*P个。
有了中间件层后，可以将复杂度降低，并且 适时的进行整合，其组合的可能性变成A+P 个。
所以中间件层，在处理定位信息时，可以在 各种网络环境中，有很高的互通性，同时使 得开发API也变得比较容易。
中间件层
不带中间件层的系统
带中间件层的系统
应用层(Application Layer)
依据用户端的定位信息，提供必要的服务 例如：
z 第三阶段：除了提高精度外，系统还必须能自動正对用户 的当前位置提供信息服务或者发出警告等。
2. 技术发展现状
定位精度：米
实时定位的发展趋势
WiFi/RFID/WSN/Bluetooth
9 普遍使用 9 无需附加其它硬件 9 低成本
3. LBS具有广阔的应用前景
政府
采矿
工厂
LBS应用
游乐
医疗
物流
LBS的特性
三个重要特性：
z Location 定位化
z Personal 个人化 z Time 即时性
S（L,P,T）
三个维度（可构成增值服务的三度空间）
z 以公交车时刻表的服务为例：
9 一般光有线路时刻表，恐怕用途不大 9 用户目前所在地点：location 9 用户达到地点的时刻表和车次：personal 9 用户更想知道下一班经过他附近的最短路线/时间的车次：time
移动服务
定义OpenLS平台 的接口及內容模型
Web协议与服务 无线网络应用协议
定义地理Web服务接口
导航和定位信息传送服务 (Diagram courtesy of OGC.)
3. 移动定位协议（MLP）
Mobil 可以视为以下两者间的接口：
1. LBS概述
移动定位技术(Mobile Location Technology)
z定位服务(Location Based Service；LBS)
9以专用装置为基础，不具备移动信息传输能力，所搭 载的內容固定的，无法即时更新信息
z移动定位服务(Mobile LBS；MLBS)
9以移动裝置为基础，加上无线通信能力
High
Yellow Pages(黄页)
MÆ L Child Tracking
MÆ H
Car Navigation
Personal Navigation
Directory Assistance (援助) Fleet Management (车队管 理)
MÆ H High MÆ H Low
Pet Tracking
那就滿足了三个维度的增值服务。
LBS的演进
在Gravitate Inc.的白皮书中，将LBS的演进分 为三个阶段：
z 第一阶段：用户必须自己输入位置信息，以便获得相关的 地理位置服务。
z 第二阶段：利用基站，做基于时间差的定位，即使是利用 Cell-ID定位，也只有100～200公尺的精度。较满足复杂 应用的需求。
我国现有RFID频段划分及特点
频段
空间耦合方式
主要用途
特点及问题
125/134KHz 13.56MHz
电感 （近场）
家禽识别、生产线 距离近、速度低
IC卡、防盗
距离近、速度低
433MHz
840-845 /920-925MHz
2.4/5.8GHz
反向散射 （远场）
货物、人员管理 物流、商品
距离远，有源可达 100米
美国 ANSI371
9规定了2.45GHz/433MHz的空中接口协议及应用层接口，并规 定了定位精度和定位范围 92.45GHz频段定位精度规定为3米，信号通信范围为300米； 433MHz频段定位精度规定为10米，信号通信范围为100米 92.45GHz通信协议和IEEE802.11b协议兼容
我国？？？
资产
车辆定位
LBS产业化现状
标准
国外 SoC 芯片
IEEE802.11b/g标准
ISO/IEC 24730
G2公司的G2C501
GainSpan公司的 GS1010
9美国的AeroScout和PanGo公司 9芬兰Ekahau 9美国的WhereNet和Savi公司 9美国的ubisense公司 9兼容IEEE802.11b、ISO/IEC 24730.2协 议
Gateway Mobile Location Center /Mobile Positioning Center
4. GMLC/MPC回复MLP响应 通过OpenLS网络服务
第三方内容
(Diagram courtesy of OGC.)
应用程序的数据流
三、定位技术与方法
1. 定位的基本方法 2. 常用的测距算法 3. 测距算法比较
z车队管理 z汽车导航 z个人导航 z应急处理—紧急救援 z定向新闻发布 z资产追踪 z……
各种应用与精度需求
应用
News Directions
精度
应用
Low
Gaming
High
M-Commerce
精度
Mediu m MÆ H
Traffic Information
Low
Emergency
High
Point of Interest (重要地标) MÆ H Sensitive Goods Transportation
例3:玩location-based game，並且搜寻攻击对象
M-Commerce and Advertising
(移动商务与广告)
例5:你所在区域的商家发送折 扣券给你
Device-oriented (设备定向)
例4:寻找所在位置中发生的 cool events
Tracking (追踪)
例6:对追踪的重要资产，若发 现脱离预定线路时，主动警示 例7:小孩离开监控范围时，主 动警示
(Diagram courtesy of OGC.)
LBS的典型案例
移动终端装置
1.订户连接到 Portal，请求服务
2. Portal向OpenLS 应用请求服务
移动地理服务器
6. Portal回复响应，并支持终端 与移动地理服务器间的握手
入口与服务平台 5.OpenLS回应
3. OpenLs应用或核心服务向 GMLC请求终端设备的位置
Electronic Toll Collection / 电子收费 (ETC) Public Management System ( 公共管理 系統)
Remote Workforce Management (远程 劳动力管理)
MÆ H MÆ H MÆ H
Low
Car Tracking (车辆追踪)
MÆ H Local Advertisement (区域性广告)
例5:查询货运车队目前所在 位置
二、相关标准
1. LBS标准化组织 2. LBS标准架构
1. LBS 标准化组织
提供 LBS 标准的主要标准化组织： Open Mobile Alliance (OMA)
z OMA主要提供LBS传输层的相关标准 z
信息
Information (信息)
例3:你所在城市发布应急警报
例1:查询目前在你附近的朋 友。
例2:找到好看到電影，並引 導到電影院。
Entertainment (娱乐)
例4:玩location-based game， 而且你正在被攻击。
现在一般统称为LBS，其定义：
z为了提供使用者加值服务 z整合一个可以定位的移动装置 z然后以位置信息提供相关的服务
LBS的主要用途
追踪
z基于信标(Tag/Badge) z在移动网络中追踪目标（人或物）位置
定位
z通过无线电、红外光或超声波信息，感知目标 z并依据所收到的信息，计算出位置信息。 z最终确定出目标的位置。
集成双ARM7和802.11b/g射频模块
国内 9南京唐恩科技资讯有限公司代理美国的ubisense公司(iLocate UWB定位系统 )
9苏州优频科技有限公司(把美国技术引入到百万 国$内进行推广，未见公开专利与论文等技术细节，
且仅有WiFi方案)
800
我国LBS技术目前处在应用推广初 700
z 定位服务器 z 基于定位的应用
(Diagram courtesy of OMA.)
4. OpenLS架构
入口
MLP与OpenLS的关系
Gateway Mobile Location Center /Mobile Positioning Center
第三方內容 (Diagram courtesy of OGC.)
600
市场收入
期，市场前景广阔
500
400
缺乏技术核心自主知识产权，需要 300 200
深入研究
100
0 2006
2008
2010
2013 年
亚太地区LBS市场预测(Frost&Sullivan)
4. LBS 通信模型
LBS 通信模型
(General LBS communication model) 包括：
Open GIS Consortium, Inc. (OGC)
z z OGC 主要提供LBS应用层的相关标准
其他标准化组织
z 提供 LBS 标准环境的重要元件
LBS相关标准
标准
内容
国际 ISO/IEC 24730
9第1部分为应用程序接口，基于ANSI371.3标准制定 9第2部分为2.4GHz空中接口，基于ANSI371.1标准制定，该部 分包含Savi Technology 公司的4项专利和WhereNet公司的5项专 利；第2(B)部分为2.4G宽带线性调频扩频 9第3部分为433MHz空中接口，基于ANSI371.2标准制定 9第4部分为全球定位系统 9第5部分为超宽带
无源可达8米
车辆、物流
干扰较大，部署广泛
不同频段、有源/无源RFID定位技术各具特点 面向不同应用，可选择合适方式，或多个频段、有源与无源相结合
2. LBS 标准架构(The LBS Standards Framework)
定义通信协议
定义下一代通信服务与第 三方应用间的桥接接口
下一代通信服务的Java实现 Internet协议与服务
IEEE 802.15.4给出了5种不同测距算法：
z 到达时间 Time-of-Arrival: TOA z 到达时间差 Time-Difference-of-Arrival: TDOA z 信息强度 Signal Strength Ranging: SSR z 近邻电磁 Near-Field EM Ranging: NFER z 到达角度 Angle-of-Arrival: AOA
1. 定位的基本方法
三角法：由三角形各顶点测算角度
三边法：由三角形各顶点测算边长
折线法：使用极坐标（角度+距离)，不太适合移动定位
2. 测距算法
在IEEE 802.15.4标准中，针对低速无线个域 网络(Low Rate WPAN) 应用领域，提出新的 物理层(PHY)的选择，同时也制定、强化既有 的媒体存取控制层(MAC) 的协议。
MÆ H
Asset Tracking (资产追踪) High
Location-Sensitive Billing (敏感位置收 费)
MÆ L
Source: Bellocci, V., Genovese, S., Inuaggiato, D., and Tucci, M. (2002, July 18). "Mobile Location-Aware
物联网及其应用 第三讲 位置感知
中科院计算所 朱珍民 2012.5.28
提纲
LBS概述 相关标准 定位技术与方法 移动定位技术 室内定位方法 应用案例讨论
TOA、TDOA、AOA RSSI、 NFER
GPS、WLAN、网络 端、用户端
一、LBS概述
1. LBS概念 2. 技术发展 3. 应用前景 4. 通信模型
Services: 2002 Market Perspective," Ericsson, Division Service Architecture and Interactive Solutions.
应用实例
Push Services(推)
Pull Services (拉)
Person-oriented (个人定向)
z 定位层、中间件层、应用层
定位层(Positioning Layer)
负责计算出设备或使用者目前所处的位置
z定位装置 (PDE: Position Determination Equipment )
由PDE算出位置，并将位置坐标在网络中 传输到
z应用程序 z中间件
中间件层
定位层计算出位置坐标后，将位置信息传输 给应用程序，但是由于定位层(P)的技术与应 用层(A)的技术 ，其组合的可能性为A*P个。
有了中间件层后，可以将复杂度降低，并且 适时的进行整合，其组合的可能性变成A+P 个。
所以中间件层，在处理定位信息时，可以在 各种网络环境中，有很高的互通性，同时使 得开发API也变得比较容易。
中间件层
不带中间件层的系统
带中间件层的系统
应用层(Application Layer)
依据用户端的定位信息，提供必要的服务 例如：
z 第三阶段：除了提高精度外，系统还必须能自動正对用户 的当前位置提供信息服务或者发出警告等。
2. 技术发展现状
定位精度：米
实时定位的发展趋势
WiFi/RFID/WSN/Bluetooth
9 普遍使用 9 无需附加其它硬件 9 低成本
3. LBS具有广阔的应用前景
政府
采矿
工厂
LBS应用
游乐
医疗
物流
LBS的特性
三个重要特性：
z Location 定位化
z Personal 个人化 z Time 即时性
S（L,P,T）
三个维度（可构成增值服务的三度空间）
z 以公交车时刻表的服务为例：
9 一般光有线路时刻表，恐怕用途不大 9 用户目前所在地点：location 9 用户达到地点的时刻表和车次：personal 9 用户更想知道下一班经过他附近的最短路线/时间的车次：time
移动服务
定义OpenLS平台 的接口及內容模型
Web协议与服务 无线网络应用协议
定义地理Web服务接口
导航和定位信息传送服务 (Diagram courtesy of OGC.)
3. 移动定位协议（MLP）
Mobil 可以视为以下两者间的接口：
1. LBS概述
移动定位技术(Mobile Location Technology)
z定位服务(Location Based Service；LBS)
9以专用装置为基础，不具备移动信息传输能力，所搭 载的內容固定的，无法即时更新信息
z移动定位服务(Mobile LBS；MLBS)
9以移动裝置为基础，加上无线通信能力
High
Yellow Pages(黄页)
MÆ L Child Tracking
MÆ H
Car Navigation
Personal Navigation
Directory Assistance (援助) Fleet Management (车队管 理)
MÆ H High MÆ H Low
Pet Tracking
那就滿足了三个维度的增值服务。
LBS的演进
在Gravitate Inc.的白皮书中，将LBS的演进分 为三个阶段：
z 第一阶段：用户必须自己输入位置信息，以便获得相关的 地理位置服务。
z 第二阶段：利用基站，做基于时间差的定位，即使是利用 Cell-ID定位，也只有100～200公尺的精度。较满足复杂 应用的需求。
我国现有RFID频段划分及特点
频段
空间耦合方式
主要用途
特点及问题
125/134KHz 13.56MHz
电感 （近场）
家禽识别、生产线 距离近、速度低
IC卡、防盗
距离近、速度低
433MHz
840-845 /920-925MHz
2.4/5.8GHz
反向散射 （远场）
货物、人员管理 物流、商品
距离远，有源可达 100米
美国 ANSI371
9规定了2.45GHz/433MHz的空中接口协议及应用层接口，并规 定了定位精度和定位范围 92.45GHz频段定位精度规定为3米，信号通信范围为300米； 433MHz频段定位精度规定为10米，信号通信范围为100米 92.45GHz通信协议和IEEE802.11b协议兼容
我国？？？
资产
车辆定位
LBS产业化现状
标准
国外 SoC 芯片
IEEE802.11b/g标准
ISO/IEC 24730
G2公司的G2C501
GainSpan公司的 GS1010
9美国的AeroScout和PanGo公司 9芬兰Ekahau 9美国的WhereNet和Savi公司 9美国的ubisense公司 9兼容IEEE802.11b、ISO/IEC 24730.2协 议
Gateway Mobile Location Center /Mobile Positioning Center
4. GMLC/MPC回复MLP响应 通过OpenLS网络服务
第三方内容
(Diagram courtesy of OGC.)
应用程序的数据流
三、定位技术与方法
1. 定位的基本方法 2. 常用的测距算法 3. 测距算法比较
z车队管理 z汽车导航 z个人导航 z应急处理—紧急救援 z定向新闻发布 z资产追踪 z……
各种应用与精度需求
应用
News Directions
精度
应用
Low
Gaming
High
M-Commerce
精度
Mediu m MÆ H
Traffic Information
Low
Emergency
High
Point of Interest (重要地标) MÆ H Sensitive Goods Transportation
例3:玩location-based game，並且搜寻攻击对象
M-Commerce and Advertising
(移动商务与广告)
例5:你所在区域的商家发送折 扣券给你
Device-oriented (设备定向)
例4:寻找所在位置中发生的 cool events
Tracking (追踪)
例6:对追踪的重要资产，若发 现脱离预定线路时，主动警示 例7:小孩离开监控范围时，主 动警示
(Diagram courtesy of OGC.)
LBS的典型案例
移动终端装置
1.订户连接到 Portal，请求服务
2. Portal向OpenLS 应用请求服务
移动地理服务器
6. Portal回复响应，并支持终端 与移动地理服务器间的握手
入口与服务平台 5.OpenLS回应
3. OpenLs应用或核心服务向 GMLC请求终端设备的位置
Electronic Toll Collection / 电子收费 (ETC) Public Management System ( 公共管理 系統)
Remote Workforce Management (远程 劳动力管理)
MÆ H MÆ H MÆ H
Low
Car Tracking (车辆追踪)
MÆ H Local Advertisement (区域性广告)
例5:查询货运车队目前所在 位置
二、相关标准
1. LBS标准化组织 2. LBS标准架构
1. LBS 标准化组织
提供 LBS 标准的主要标准化组织： Open Mobile Alliance (OMA)
z OMA主要提供LBS传输层的相关标准 z