視應用需求搭配GNSS接收器　IoT資產追蹤架構因地制宜

在全球導航衛星系統(GNSS)追蹤裝置廣泛採用的推動下，汽車、手機和穿戴裝置，以及整個企業物流鏈中，利用物聯網(IoT)追蹤器隨時掌握重要資產的行蹤已經是輕而易舉之事。同時更有附加價值，善用科技的企業可快速把追蹤裝置提供的訊息轉化為更好的效率和更高的營收。

但是，沒有任何一種解決方案可以適用於所有使用情境。IoT追蹤器有各種形狀和大小，並利用日益先進的技術組合來滿足不同應用的特定需求。裝置尺寸、定位精準度、電池續航力、更新頻率、訊息容量、延遲、可擴展性、解決方案複雜性、維護需求、可升級性、服務可用性和成本等，這都是裝置製造商在開發追蹤解決方案時需權衡考量的設計條件。

然而，運用正確的專業知識，現今的開發人員可從日益多元的技術方案中進行選擇，以構建更小、更好的硬體解決方案，加速和簡化與後端雲端IoT平台的整合，降低產品的整體擁有成本，並提升利潤。在本文中，將介紹工業資產追蹤中的一些主要案例，探討它們採用的技術，並說明推動市場的重要趨勢。

IoT追蹤解決方案組成

藉由準確、且即時掌握人員與資產的狀態和位置，有助於確保它們的安全，發掘和處理低效率流程，並提升前置規畫能力。而要發揮IoT追蹤解決方案的重要價值，其實涉及到許多複雜的面向，須運用多種技術：

．標籤：所有被追蹤的資產都需配備能夠感測數據的標籤，以供定位系統來偵測其正確位置。

．定位系統：此定位系統需覆蓋目標區域。例如，它可利用由GNSS組成軌道衛星。其他的技術還包括使用現有的蜂巢式網路基地台、Wi-Fi存取點或本地部署的信標。定位系統還可透過額外的服務來支援。

．定位引擎：定位引擎可把標籤或基礎設施的物理測量值與額外資訊轉換為準確的位置估算。定位引擎可以在標籤、本地處理器或雲端上執行。

．與雲端的無線通訊：為了對終端用戶提供有用的位置資訊，即時IoT追蹤解決方案需與本地或雲端追蹤軟體建立無線通訊通道。根據部署情況，標籤可將數據直接傳輸到雲端，或是透過手機或本地部署的無線閘道器來傳輸。

一般來說，IoT追蹤器須在其硬體裝置中實現最佳能效，並搭配一個開放標準、安全、可擴展和可攜式的低功耗無線通訊通道連接到雲端(圖1)。

IoT追蹤使用案例介紹

現今，IoT追蹤器可用來即時監控任何東西的位置。接下來將介紹一些使用案例，並說明其解決方案架構和效能規格的多樣性。

人、寵物和家畜追蹤器

人、寵物和家畜追蹤器通常是小型、電池供電的穿戴裝置，最常用於戶外，雖然其具體需求會因使用案例而不同，但它們通常須提供中到高的定位精準度，以及中到高的位置更新率，功率最佳化對於確保裝置的電池壽命至關重要。因為裝置是用在多變的戶外環境中，它們通常需要利用IoT SIM卡和蜂巢式數據連接才能把數據傳送至雲端(圖2)。

運輸貨櫃追蹤器

運輸貨物用的貨櫃追蹤器是為了實現最大電池續航力所設計，其中包含了各種無線通訊技術，例如在覆蓋範圍內的低功率廣域蜂巢式連接、藍牙或Wi-Fi，以連接到本地集線器或閘道器來進行衛星通訊，以及可把數據卸載到PDA和類似裝置的短距離無線通訊。為了把功率需求降至最低，貨櫃追蹤器會大幅降低定位更新頻率，並使用雲端定位引擎(圖3)。

車隊追蹤器

用於即時回報微型電動車隊位置的IoT追蹤器需能存取車輛的電池數據。因為追蹤器的輸出通常用來計費以及監控車輛是否遵守交通規則，因此需能在嚴苛的都會環境中精準定位。

蜂巢式網路訊號紋定位(Finger Printing)和輔助GNSS可縮短確定車輛位置所需的時間，進而節省電力。同時，慣性導航解決方案能整合慣性感測器數據，以克服GNSS覆蓋中斷，並減輕GNSS訊號在到達GNSS接收器之前從建築物反彈造成的多徑效應影響。

為了遵守諸如禁行區和限速區等法規，追蹤解決方案正從具有公尺級準確度的標準GNSS技術演進為多頻慣性導航解決方案，透過使用GNSS增強服務來實現小到公分級的準確度。這些解決方案通常需要中頻寬的蜂巢式通訊技術，把位置數據傳輸到客戶端並持續接收GNSS增強數據(圖4)。

電動工具追蹤器

在理想情況下，電動工具追蹤器需要的定位系統是必須能在建築工地提供無縫接軌的室內和室外覆蓋。因此，為確保追蹤器可為工地管理人員帶來附加價值，小尺寸、長電池壽命和完全可用性是重要關鍵。例如解決方案可把室外定位的GNSS技術與藍牙室內定位解決方案結合，因此當室內GNSS訊號微弱時仍能以藍牙技術進行室內定位(圖5)。

IoT追蹤技術的發展趨勢

過去十年來，IoT追蹤技術已取得了重大進展，因此供應商能以更先進的技術實現更複雜、更高效能的應用。與此同時，它也提升了客戶對追蹤效能的期望。IoT追蹤應用的發展趨勢：

．需要更廣泛的覆蓋範圍，包括地理區域以及室內/外的混合環境中

．提高定位準確度和可靠性效能

．要求更低功率，以實現更長的電池壽命或設計更精巧的終端裝置

．更精簡的物料清單和更少的供應商，以便於供應鏈管理

．加速上市時程

．降低整體擁有成本

幸運的是，隨著供應端技術的持續創新，每一代新產品的出現，在覆蓋範圍、效能、功率要求和技術整合方面都不斷提升。隨著多星系GNSS接收器的推出，室外定位覆蓋範圍一直在改善，與標準GNSS接收器相比，即使在高樓林立的大都會中，這些接收器仍可接收到更多的衛星訊號。輔助GNSS已把接收器完成首次定位所需的時間縮短至僅幾秒鐘。此外，借助蜂巢式訊號紋定位技術，基本上已不再發生無法定位的情況了。例如具備端到端安全防護機制，有廠商u-blox SARA-R5內建M8GNSS的LTE-M/NB-IoT模組可追蹤多個衛星訊號，讓裝置無論在哪裡，都沒有斷訊與斷電的擔憂。這是結合全球定位與無線通訊應用於IoT資產追蹤的解決方案。

隨著藍牙尋向和室內定位以及超寬頻技術的日益普及，室內定位覆蓋範圍也得到了改善。與此同時，無線連接解決方案也提供了更大的覆蓋範圍，低功率廣域網可提供比標準消費性4G LTE網路更大的覆蓋範圍，而基於網狀網路的短距離解決方案則擴展了火車、貨輪和倉儲中各種不同形式載具的傳輸範圍。比如u-blox的CellLocate服務是利用行動網路來做輔助定位，在GNSS訊號不佳的地方仍可得到定位資訊，以確保IoT資產追蹤完整的涵蓋性。

由於多頻段、多星系GNSS接收器逐漸成為業界主流、加上即時動態定位等高精準度定位解決方案，以及越來越多支援公分級定位的GNSS增強服務的推動，讓定位效能也同時不斷地提升。慣性導航技術則把慣性和車輛感測器數據與GNSS接收器輸出和車輛特定的動態模型融合，減少了多徑效應和GNSS訊號中斷的影響。

當多種技術發展的匯聚，電池續航力也在延長，其中包括更靈敏的天線、GNSS接收器中採用的更低功耗元件，以及4G LTE蜂巢式無線電等，雲端定位也為只需要偶爾確定其位置的應用開創低功耗GNSS定位的新市場。多星系GNSS和輔助GNSS等創新技術讓GNSS接收器在切換到低功耗追蹤模式之前，毋須花費太多時間在耗電的訊號採集模式。

更緊密的整合則是另一個趨勢，這是因為可內建運算控制器和藍牙低功耗、Wi-Fi或蜂巢式軟體堆疊的雙核心微控制器(MCU)的出現。從具有獨立應用MCU和無線電技術堆疊在單獨處理器核心上的複雜架構，轉變為把所有物件整合到雙核心MCU上的更簡單架構，進而幫助開發人員縮短上市時程、減少元件、減少供應商以及縮短產品開發時間。

GNSS接收器打造IoT市場多樣性

IoT追蹤解決方案在產業上的應用仍處於早期階段。此技術已經清楚證明了它的優點，但在技術進步、競爭和當前供應鏈危機等不可預測因素的推動下，供應商必須推出更精巧、更具成本效益，同時也能提供更好的效能，以及更簡單、更快速地整合到雲端平台和生態系統的解決方案。

由於IoT追蹤市場的多樣性，解決方案還是需要依據其應用的特定需求來量身打造，並利用到本文中所討論的一些硬體元件、系統架構、雲端服務，以及定位和通訊技術。在技術方面，創新正持續快速發展。每一代GNSS接收器技術都帶來提高效能、覆蓋範圍、節能和尺寸的新功能，每個新版本的無線通訊標準，都能確保數據可傳輸得更遠、更快或更有效率。MCU也正處於更高的效能水準，與此同時，雲端也被用來執行更多的繁重工作。

最後，隨著藍牙尋向技術的發布，尚有多項新技術即將進入市場，包括用於蜂巢式通訊的低軌道衛星、定位以及5G普及化等。隨著越來越多的企業認同IoT追蹤技術帶來的市場價值，能夠真正滿足資產追蹤市場需求的技術方案也將持續成長。

(本文作者為u-blox工業和消費性IoT資深首席應用行銷主管)