現代社會幾乎是一個沒有“隱私”的社會,只要有設備和條件,別人就很可能追蹤到你的位置。電影里常有這樣的情節,某人一邊在打電話或手機,另一邊警察在用先進的設備監聽,幾十秒鐘就查出其位置。這已經不是什么高深的科技。
不管是你在大街上走還是在商場里逛,只要想知道,你的行蹤就很難不被暴露。說起定位技術,相信很多朋友都會揮舞手中的智能手機說知道。不過定位技術包含很多種,大家所熟知的手機GPS或AGPS定位都是依靠衛星及手機基站,有部分沒有GPS功能的低檔手機也可以借助手機通訊基站的LBS地理位置信息服務來進行定位。但是如果是在地下室,或是大型室內購物廣場,天空被遮擋住后,這些定位技術就英雄無用武之地。需要借助Wi-Fi或是ZigBee、RFID等技術來實現室內的精確定位。
近日,Nokia、三星、Sony Mobile等22家手機廠商及芯片領域廠商還共同宣布成立了室內定位聯盟。那么,到底哪些技術能夠暴露我們的行蹤?下面慢慢說。
需要“輔助”的GPS
從2005年左右以后,GPS已經不再是新鮮詞。GPS利用GPS定位衛星,在全球范圍內實時進行定位、導航的系統,稱為全球衛星定位系統。
GPS系統的前身是美軍研制的子午儀衛星定位系統(Transit),它于1964年正式投入使用。用5到6顆衛星組成一個環球衛星網,Transit系統的衛星每天最多要繞過地球13次,而且它無法給出終端設備的高度信息,定位精度方面也不盡如人意。不過,Transit系統使得研發部門對衛星定位取得了初步的經驗,并驗證了由衛星系統進行定位的可行性,為GPS系統的研制埋下了鋪墊。
經過多年努力和多方合作,GPS在1988年終于成型,它將24顆衛星放置在互成120度的三個固定軌道上。每個 GPS軌道上有8顆衛星,地球上任何一點均能觀測到6至9顆衛星。這樣,粗碼定位精確度就可以達到100m,而精碼定位精確度為10m。粗碼和精碼是分別給民用與軍用兩個不同級別的定位等級,用于防止高精確度的定位系統被歹人濫用。
由于GPS是美國人的系統,他們把控著核心技術,在很長一段時間內,我們只能使用低精度的定位服務。這樣的話,如果在高速公路上開車導航誤差100米,一旦錯過某出口,再掉頭可就費勁了。另外還有一個問題就是當GPS小型化以后,每次啟用它第一次定位需要搜索衛星的時間太長,高達2—3分鐘。這嚴重制約了GPS的使用。
于是就要提到A-GPS,A-GPS是一種結合了網絡基站信息和GPS信息對移動臺進行定位的技術,可以在GSM/GPRS、WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA網絡中使用。該技術需要在手機內增加GPS接收機模塊,并改造手機天線,同時要在移動網絡上加建位置服務器、差分GPS基準站等設備。
A-GPS(Assisted GPS)即輔助GPS技術,它可以通過移動通信運營基站實現快速定位。GPS通過衛星發出的無線電信號來進行定位。當在很差的信號條件下,例如在一座城市,這些信號可能會被許多不規則的建筑物、墻壁或樹木削弱。在這樣的條件下,非A-GPS 導航設備可能無法快速定位,而A-GPS 系統可以通過運營商基站信息來進行快速定位。
簡單地說,A-GPS是借助手機基站來為GPS提供前期位置調星服務,并在后期提供一系統的位置校準,讓GPS的定位更精確。A-GPS需要有專門的芯片系統支持才可以使用。
市場看好的LBS地理位置信息服務
隨著定位產品市場份額的擴大,例如像物流企業、警用、民用保全、醫療衛生等等企事業單位,對定位系統都有很大的采購需求。手機運營商對此也垂涎三尺。假如,GPS只是用來確定位置,如果服務中心想要知道用戶的位置,還是要借助手機運營商的移動網絡來向服務中心反饋位置坐標。既然運營商能插入到其中的一部分環節來,那何不把握整個行業,都掌握在手?
GPS的好處是定位精準,但是耗電量巨大。所以它一般只在車載或是不缺電的場合下才會24小時使用。GPS/A-GPS都需要專用的芯片,這無形中增加了用戶端的成本。百十元的低端手機用戶是否就無法使用定位系統了嗎?
其實LBS系統通過手機基站的三角函數定位不用衛星也能給確定用戶的位置,方法與衛星定位類似,通過測量手機與多人基站的距離,分析出用戶端的具體位置信息。由于手機基站與用戶端容易被建筑物擋住。所以很多時候手機信號會在基站與手機之間折射。導致距離測量不準確。
所以LBS的定位它的精確度在郊外只能達到1000米,而在城市條件甚佳的情況下可以達到50米。不過它無需借助GPS衛星系統,不用專業芯片,省電、省錢。LBS不只是定位,LBS英文全稱為Location Based Services, 它包括兩層含義:首先是確定移動設備或用戶所在的地理位置;其次是提供與位置相關的各類信息服務。意指與定位相關的各類服務系統,這些技術各有優缺點,但是現代技術已經把它們融合在了一起。
例如Broadcom高通現代的芯片就已經把Wi-Fi、藍牙、GPS、A-GPS、整合到了一片芯片中,達到節省成本、節約電力的功效。不過上面介紹的這些技術,都只是在室外定位有效,如果進入大型建筑物內、又或地下室,這些導航就會失去作用,因為室內的建筑結構復雜,讓傳統的定位系統失去了作用。
室內環境是一個復雜的環境,信號在傳播過程中受室內的人員和物品墻壁的影響,衰減比較大,這樣給室內環境下的人和物品的精確定位帶來了困難。可以想像當大樓、地下室、礦井、車庫等環境下的人員和物品,如在發生火災,地震等災難時,有一套有效的室內定位系統,將有利于我們實施快速而準確的救援,減少對人和物品的傷害……
室內定位 各顯神通
現在室外的定位服務已經不是什么問題了,而室內定位系統還沒有一個有力的組織來統一它們的技術規范。現在都是企業自己定義的私有協議和方案。
這不利技術的推廣與批量使用,所以全球移動產業巨頭諾基亞、三星、索尼移動(Sony Mobile)聯合其他19家公司已組建成立“定位聯盟”(In-Location Alliance),旨在推進室內定位技術和相關服務的創新和運用。定位聯盟的方案將基于藍牙(Bluetooth)4.0或于Wi-Fi的標準打。采用上述技術標準的首款手機預計將于2013年上市。
Wi-Fi定位技術:無線局域網絡(WLAN)已是目前所有智能手機平臺的標配了,利用廣泛普有的WIFI系統來做定位是一項低成本容易實現的技術。微軟開發的RADAR 系統是最早的基于WiFi 網絡的定位系統。它采用射頻指紋匹配方法,從指紋庫中查找最接近的K 個鄰居,取它們坐標的平均作為坐標估計。室內定位系統基于RSSI 信號的統計特性,采用貝葉斯公式,通過計算目標位置的后驗概率分布,來進行定位。
芬蘭的Ekahau公司開發了能夠利用Wi-Fi進行室內定位的軟件。Wi-Fi繪圖的精確度大約在1米至20米的范圍內,總體而言,它比蜂窩網絡三角測量定位方法更精確。但是,如果定位的測算僅僅依賴于哪個Wi-Fi的接入點最近,而不是依賴于合成的信號強度圖,那么在樓層定位上很容易出錯。目前,它應用于小范圍的室內定位,成本較低。但無論是用于室內還是室外定位,Wi-Fi收發器都只能覆蓋半徑90米以內的區域,而且很容易受到其他信號的干擾,從而影響其精度,定位器的能耗也較高。
NFC射頻識別技術:NFC是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術,它介于射頻識別和藍牙之間,也可以用于室內定位。它有自己的無線電標準,在數千個微小的傳感器之間相互協調通信以實現定位。這些傳感器只需要很少的能量,以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器,所以它們的通信效率非常高。NFC最顯著的技術特點是它的低功耗和低成本。
藍牙技術:藍牙技術通過測量信號強度進行定位。這是一種短距離低功耗的無線傳輸技術,在室內安裝適當的藍牙局域網接入點,把網絡配置成基于多用戶的基礎網絡連接模式,并保證藍牙局域網接入點始終是這個微微網(piconet)的主設備,就可以獲得用戶的位置信息。藍牙技術主要應用于小范圍定位,例如單層大廳或倉庫。
目前室內定位聯盟主要推薦就是使用這個方案,它使用藍牙低功耗天線陣列三角定位跟蹤藍牙設備標記來實現,它比Wi-Fi三角定位的效率更高,成本更低,使用普通的藍牙手機即可實現定位。而由于藍牙的省電性,可以讓終端的工作時間更長。
不管是室外定位還是室內定位,定位的基本原理是差不多的,就是在信號的傳輸上測算你的位置。不管是時間,角度,衰減,還是別的。所以只要你的隨身設備保持對外通信,別人總有辦法找到你的位置,區別只是不同技術導致不同精度而已。所以,如果有一條你的行蹤暴露了,可能是手機出賣了你。