物聯網資產追蹤設計的五大思考要點

作者 : Richard Quinnell,EDN專欄作者

在開發IoT資產追蹤裝置或使用此類裝置進行資產管理時,開發人員需要考慮幾個關鍵問題。本文討論最重要的五大設計思考因素...

對物聯網(IoT)資產(如設備及其運輸和庫存)進行追蹤,是一項不斷發展中的應用。對於許多產業(包括零售、製造、運輸和維護)來說,瞭解資產是什麼以及處於什麼位置,是實現商業智慧的重要組成部份。如果資產追蹤裝置設計得宜,IoT技術可能成為獲取這種智慧的強力盟友。

早期的資產追蹤形式是在檢查點簡單地透過掃描條碼、二維碼或射頻辨識標籤(RFID)來辨別資產,並利用掃描儀創建記錄,從而記錄資產的移動軌跡。IoT至少可以使這個過程自動化,透過使用主動式標籤將資產標識廣播給位於檢查點的接收端,這個過程完全無需人員參與。

不過,更重要的是,IoT資產追蹤裝置可以提供檢查點日誌記錄以外的資產位置數據,從而提高在庫存中查找資產的效率、支持地理圍欄(geofencing)以防止資產進入或離開受限區域,以及協助找出未充分利用的資產。資產追蹤裝置還可以提供環境監測資訊,例如資產經歷過可能降低其品質或價值的溫度或震動歴史。

在開發IoT資產追蹤裝置或使用此類裝置進行資產管理時,開發人員需要考慮幾個關鍵問題。以下是最重要的五大設計思考因素。

室內還是戶外?

首先要考慮的問題是在哪裡追蹤資產,因為這通常決定了追蹤裝置需要什麼樣的通訊鏈路類型。例如,在城鎮中追蹤運輸貨物的系統和在倉庫中確定資產位置的系統必須採用不同的通訊技術。同樣地,全球範圍的追蹤與一個國家中不同城市之間的追蹤也需要採用不同的通訊技術。

室內追蹤可以使用Wi-Fi、低功耗藍牙(BLE)或超寬頻(UWB)等作為通訊鏈路。戶外追蹤可能需要低功耗廣域網路技術,例如LoRa、LTE-M或5G蜂巢式網路,才能提供所需的覆蓋範圍。如果一個系統既需要追蹤室內位置,又要追蹤戶外活動,可能需要多種通訊鏈路技術的組合。

map illustrating outdoor asset tracking1:戶外資產追蹤需要仔細考慮所需的通訊技術,以確保充份覆蓋資產可能發生的位置移動。 (圖片來源:LinkLabs)

準確度

在選擇通訊鏈路類型時,位置資訊的準確度是另一個要考慮的問題。如果要以半英哩的位置準確度追蹤運輸中的資產,可以使用LTE或5G蜂巢式基地台的數據進行三角測量,而如果要獲得50公尺以內的位置準確度,則可能需要GPS或5G Polte進行定位。在室內,BLE系統可提供約1公尺的精度,UWB則可以達到公分級的準確度。

通訊鏈路以及定位方法都可能限制定位準確度。簡單的鄰近性測量(訊號強度測量)可以提供3公尺左右的定位精度;利用到達訊號角度以及來自多個信標的三角測量,可以提供1公尺或更精確的準確度;針對1公尺以下的準確度,開發人員需要利用基於飛行時間(ToF)或來自多個信標到達時間-距離資訊進行測距。Indoor asset tracking design2:取決於不同應用所需的位置準確度,可1-2公尺到僅幾公分,室內資產追蹤設計的思考與作法應該相應地有所調整(圖片來源:LinkLabs)

電池壽命

大多數要追蹤的資產無法使用電源供電,IoT裝置需要使用電池供電,因此裝置的使用壽命主要取決於電池壽命,而且電池壽命越長越好。沒有用戶願意成百上千次地更換電池。

許多因素都會影響電池壽命。當然,位置更新所需的功率大小主要取決於所選擇的通訊鏈路類型。同樣重要的因素還包括位置更新所需的時間、裝置在兩次位置更新之間處於穩定狀態時所消耗的功率,以及位置更新的頻率等等。在不同的應用中,位置更新的頻率可能會不同,開發人員通常可以經由改變位置更新的頻率來「調整」電池壽命。

回程網路需求

除了追蹤裝置本身,開發人員還需要考慮設計對回程要求有何影響。例如,相較於直接獲取位置並只發送位置結果的系統,一個僅透過信標簡單測距、然後將原始測量結果發送到網路以進行位置計算的追蹤裝置,會對於網路帶來更大的負擔。同樣地,相較於一些裝置僅在被查詢時才進行響應,定期廣播自身位置的裝置會產生更大的負擔。發送到網路的資訊量和裝置傳輸的頻率也會影響回程需求。發送資訊過多或過於頻繁,很快地就會限制追蹤系統的覆蓋範圍。

成本

資產追蹤系統的應用範圍取決於其成本。諸如疫苗等高價值資產的運輸需要更昂貴的運輸系統,這可以理解。但是,資產追蹤系統的成本越低,其應用的範圍就越廣,追蹤裝置本身的市場規模也就越大。

有兩種成本類型需要考慮。一種當然是裝置成本。如果使用100美元的追蹤裝置,只是為了避免損失6箱庫存啤酒,那就沒有任何意義了。但是如果只需使用1美元的裝置,那還算是合理。

第二種必須考慮的成本類型是系統成本,包括所需的回程基礎設施成本。即使追蹤裝置本身的價格相對便宜,但如果所需的網路基礎設施、數據費用或雲端資源的成本太高,也會限制資產追蹤系統的實際應用。

有了這些因素作為設計考慮的起點,開發人員尋求打造的資產追蹤系統將為其設計的市場價值建立堅定基礎。資產追蹤系統的用戶在選擇系統時,也需要這些因素,才能協助他們確定最能滿足需求的系統。

(參考原文:5 key considerations in IoT asset tracking design,by Brian Dipert)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2021年7月號雜誌

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