Nordic GPS GNSS Wi-Fi 定位 資產追蹤 物聯網

Wi-Fi SSID/GNSS實現資產追蹤靈活定位

2024-01-24
資產追蹤是物流業者關心的重點議題,GNSS雖然能夠提供精準定位,卻仍面臨耗電較高、可能受到干擾影響等挑戰。Wi-Fi SSID定位作為可節省電力的替代方案,若與GNSS搭配使用,將可進一步提高資產追蹤的穩定性。

在現代社會中,我們可以合理地認為昂貴物品在世界各地流通時會受到仔細的追蹤和保護,因此絕對不會丟失。但事實並非如此,目前仍有大量的關鍵資產遺失事故,有時甚至永遠無法尋回。例如,《大眾機械雜誌》(Popular Mechanics)報導,100多萬個F-35戰鬥機零件不翼而飛,估計總體價值至少達到8,500萬美元。

戰鬥機事件僅為其中一例,若將範圍擴大至遠距離運輸的各種物品,要掌握所有物品的下落將變得更加複雜。例如,根據statista的資料,全球約有6,800萬個貨櫃用於運輸貨物,任何一個貨櫃都可能裝有價值數百萬美元的製成品或材料。對於企業來說,要追蹤這些資產是一場物流噩夢。為了應對資產追蹤挑戰,無線技術提供了解決方案。

使用GPS進行導航和追蹤

其中一個技術解決方案是全球定位系統(GPS),其為組成全球導航衛星系統(GNSS)的主要元素,世界上數十億人每天都需要依靠GNSS幫忙找路。現在,該技術也為許多物聯網應用提供基礎,幫助追蹤可能丟失的貴重資產。

GPS由24顆衛星組成,位於地球上空約兩萬公里處,其布局確保了在地球上任何一點都能觀測到四顆衛星。這些衛星將它們的位置、狀態和精確的時間透過機載原子鐘傳送給地球上的GPS接收器。接收器記錄下訊號的到達時間,接著計算其與每顆衛星的距離(利用訊號發射和接收之間的時間差,再乘以光速)。如此便可利用來自四顆衛星的資訊,確定接收器在地球表面的位置,只要將GPS接收器安裝在貴重物品上,就能隨時取得貨物的位置。

全球導航衛星系統的挑戰

然而,儘管GNSS系統設計精密,仍然存在一些問題。例如,不準確的機載時鐘會導致計時錯誤。為了解決這些問題,GNSS系統會對多顆衛星進行比較,並使用演算法來確定哪些時鐘出錯,再將其重設。
 

此外,由於衛星與地面接收器之間相對較弱的訊號容易受到干擾,也將出現其他問題。根據gps-repeaters.com報告,地球表面的GPS平均訊號強度僅為-130dBm,成排的高樓大廈等障礙物(被稱為「城市峽谷」)將阻斷訊號的傳輸。

即使資料成功傳輸,仍可能發生所謂的多路徑誤差。這些誤差包括訊號在到達接收器之前被建築物反射,進而造成時間誤差,導致位置資訊不正確。地球大氣層的密度變化也會造成其他誤差,延遲或扭曲GNSS訊號。

來自其他無線電來源的電磁干擾(EMI)也會導致計時誤差。採用濾波、相關性和訊號功率測量等技術,以及電離層和對流層建模,有助緩減這些問題帶來的影響。儘管如此,GNSS系統有時還是無法正常操作,物流業者因此需要其他替代方案來追蹤物品。

利用Wi-Fi SSID延長電池壽命

GNSS系統的另一個缺點是確定被追蹤物品的初始位置可能需要幾分鐘時間,這對電池的損耗顯著。相關技術可協助減輕電源負擔,例如輔助全球衛星定位系統(A-GPS)和預測全球衛星定位系統(P-GPS)。A-GPS和P-GPS由Nordic的nRF雲端定位服務與多模蜂巢式物聯網解決方案nRF9160 SiP共同提供支援,將儲存在資料庫中的衛星輔助資料藉由LTE-M或NB-IoT網路傳輸至nRF9160,加快衛星首次定位的速度並節省電力。

然而,即便使用A-GPS和P-GPS,GNSS對電池的要求依舊很高。這成為某些應用的重要考慮因素,例如資產追蹤器通常配備較小的電池,同時需要較長的使用壽命。如果需要精確到幾公尺的定位精度,只有GNSS系統才能滿足要求,不過,如果僅需幾十公尺的定位精度,可選擇其他替代方案以降低功耗要求。

其中一種替代方案是Wi-Fi服務集識別碼(SSID)掃描,該技術既能提供相對精確的定位表現,也能降低功耗。每個Wi-Fi接入點(AP)網路都有一個SSID(接入點名稱的技術參考)。只要知道網路的SSID,就可以對照資料庫詳細瞭解其位置。

Wi-Fi晶片(如Nordic的nRF70系列協同IC)可以使用此技術,掃描附近任意Wi-Fi接入點的SSID來確定位置。若採用前述的Nordic方案,協同SiP nRF9160將可使用蜂巢式連接技術將SSID和其他有用資訊發送至nRF Cloud。nRF Cloud將檢查一個或多個Wi-Fi SSID資料庫,並根據附近無線接入點的位置,向nRF9160或所指示的其他地方回傳追蹤物品的位置資訊及誤差範圍。

Wi-Fi定位取得精度/功耗之間的平衡

雖然GNSS的準確性難以超越,但對於可以接受較低的定位精度且重視電池壽命,或是GNSS訊號可能中斷的資產追蹤應用,Wi-Fi SSID定位是絕佳的替代方案。

若同時採用兩種定位技術,如nRF91、nRF70系列及nRF Cloud,資產追蹤器將可在GNSS和Wi-Fi定位方法之間無縫切換,進而在定位精度和電池壽命之間作出權衝,以適應各種使用狀況,讓飛機零組件或其他貴重資產皆有跡可循。

(本文作者任職於Nordic)

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