由于IoT 物联网设备分布在全球各地,按地域做设备管理,固件升级,配置参数更新等需求越来越多,设备位置服务逐渐成为了各大IoT云平台必不可少的能力。
AGPS定位(Assisted GPS网络辅助定位)技术结合了GPS定位和蜂窝基站定位的优势,借助蜂窝网络的数据传输功能,可以达到更快的定位速度和更高的定位精度,在IoT设备中被越来越广泛的使用。
AGPS 定位基本原理
GPS定位以其高精度得到更多的关注,但是其弱点也很明显:
① 硬件初始化,首次搜索卫星时间较长,需要几分钟至十几分钟;
② GPS卫星信号穿透力弱,容易受到建筑物、树木等的阻挡而影响定位精度。
AGPS定位技术通过WiFi或蜂窝网络进行辅助,成功的解决或缓解了这两个问题。
如上图所示,传统GPS定位设备直接通过GPS信号从GPS获取定位所需的信息。AGPS中,通过蜂窝基站的辅助来解决或缓解上文提到的两个问题:
首次搜星慢的问题,是因为GPS卫星接收器需要进行全频段搜索以寻找GPS卫星而导致的。在AGPS中,通过从蜂窝网络预先下载当前地区的可用卫星信息(包含当地区可用的卫星频段、方位、仰角等信息),从而避免了全频段大范围搜索,使首次搜星速度大大提高,时间由原来的几分钟减小到几秒钟。
GPS卫星信号易受干扰的问题,是由GPS卫星信号本身的性质决定的,我们无法改变。但是APGS中,通过蜂窝基站参考GPS的辅助,或是借助GSM定位中Cell-ID定位方法的辅助,缓解了在GPS信号不良的情况下定位的问题,有效提高了定位精度。
AGPS 定位流程
搜索卫星
AGPS定位首先通过网络直接下载当前地区的可用卫星信息,从而提高了搜星速度,减小了设备的电量消耗。
如上图所示,AGPS定位搜星流程如下:
(1)设备从蜂窝基站获取到当前所在的小区位置
(2)设备通过蜂窝网络将当前蜂窝小区位置传送给网络中的AGPS位置服务器=
(3)APGS位置服务器根据当前小区位置查询该区域当前可用的卫星信息(包括卫星的频段、方位、仰角等相关信息),并返回给设备
(4)GPS接收器根据得到的可用卫星信息,可以快速找到当前可用的GPS卫星
至此,IoT设备可以正常接收GPS信号,GPS初始化过程结束。
经纬度计算
IoT设备上GPS模块找到四颗以上的可用卫星,就可以开始接收卫星信号实现定位。GPS信号解调并处理过程如下图所示:
(5)设备将处理后的GPS信息(伪距信息)通过蜂窝网络传输给AGPS位置服务器
(6)AGPS服务器根据伪距信息,并结合其他途径(蜂窝基站定位、参考GPS定位等)得到的辅助定位信息,计算出最终的位置坐标,返回给设备。
在此过程中由于辅助定位信息的加入,可以取得更高的定位精度;同时,很大程度上克服弱GPS信号情况下的无法定位或精度降低的问题;将复杂计算转移到网络端,也可以很大程度上减小设备的电量消耗。
AGPS 定位优劣
APGS定位与传统GPS定位相比的优势:
- 首次搜星速度快
- 定位精度更高
- 有效减少设备的电量消耗
- 对设备的计算能力要求更低
- 缓解GPS信号弱无法定位问题
AGPS定位也有一定的使用限制:
- 必须有蜂窝网络用以数据传输
- 产生数据流量费用
- 无法完美解决室内定位的问题
阿里云IoT 设备定位服务
阿里云IoT物联网企业实例,内置了设备定位服务,可以根据设备提供的移动基站信息、WiFi 等信息来获取设备的位置,降低企业开发者成本。