根据美国国家标准暨技术研究院 (NIST) 赞助的报告显示，美国只要中断 24 小时的全球定位系统 (GPS) 服务，就可能影响逾 10 亿美元的经济活动，故业界不断在寻找补充或替代方案。GPS 设备供货商 PassTime 与蜂窝式云定位 (C-LoC) 创新者 Polte 合作，结合 5G LTE-M 模块让 PassTime 的 Encore 跟踪器在 GPS 无法使用的地方定位车辆和资产，省却大量访问点或信标 (beacon) 部署麻烦，且云台计算可维持最小功耗。有鉴于灾难现场 Wi-Fi 易断网，3D 地理定位服务商 NextNav 通过大都市信标系统 (MBS) 网络从设备收集传感器数据来定位。
图1:TerraPoiNT 提供与 GPS 相同的位置、导航和定时 (PNT) 数据，并以与 GPS 兼容的波形进行操作，成为现有地理定位技术的理想补充
蜂窝式 MBS 补充 Z 轴数据，纵深可见
MBS 是电信网络 3GPP 标准的一部分，其定义为：＂由地面发射机网络组成，仅出于定位目的而广播信号＂。当用户设备测量接收到的信号，可选地借助辅助数据计算其位置或将测量结果发送给定位服务器进行排名计算。NextNav 推出名为＂TerraPoiNT＂的 MBS 地面发射器网络，被战略性地部署在蜂窝基站和其他建筑物上，以覆盖整个市区的位置服务；由于 TerraPoiNT 信号距离要定位的设备更近、信号强度够，可到达室内并进入 GPS 无法使用的人口稠密市区，现已部署在美国前 105 个大都市，涵盖 90% 三层以上建筑物。
MBS 另一个优势是可提供高度准确的垂直位置数据，进而在以多层结构为标准的区域进行 3D 地理定位。垂直 Z 轴因为能描绘海拔高度和具体楼层，被喻为公安＂圣杯＂，今年美国联邦通信委员会 (FCC) 或将要求运商在某些地区提供垂直位置信息——80% 时间内的精确度在 ±3 公尺以内，而被美国运输部 (DOT) 评为最佳定位、导航和授时 (PNT) 解决方案的 NextNav 可在 94% 时间内达标，优于预期，现已加入 FCC 测试，AT&T 亦正针对急救机构测试。未来订阅紧急救难网络管理局 (FirstNet) 服务的公安机构可月付 5 美元取得服务。
不过，欲使用 Z 轴功能，除了确认要能接收到蜂窝信号，用户还必须在进入建筑物前从平坦地面上的固定位置校准设备才能获取正确垂直位置读数，通常需时 30 秒。再者，考虑到室内、外的连通，设备商也朝兼采多种定位技术方向前进。Link Labs 的 AirFinder SuperTag Pro 商用跟踪设备，即结合 GPS/GNSS、Wi-Fi 位置查询、Cell ID、Polt 和 Link Labs 自有 AirFinder 室内定位网络，可在室内、外环境提供连续的资产可视性。该系统支持韧体无线升级 (FOTA)，且获得 IP67 防护等级，现可于亚马逊 (Amazon) 平台购买评估套件。
图2:评估套件随附四个 AirFinder SuperTag Pro 标签、四个室内电池供电定位信标、一个 AirFinder SuperTag 安装支架、电池和其他安装硬件，以及免费 90 天基于 AirFinder Web 的应用程序试用版，包括蜂窝数据使用
LoRaWAN 走出户外，卫星漫游不断线
来自每台设备的位置数据可安全流向 AirFinder 应用程序 (APP) 或通过可扩展的应用程序编程接口 (API) 直接流向客户数据库，以立即寻址、监视资产，或分析资产历史记录、添加规则和警报、建立地理围栏等。与此同时，LoRa 芯片供货商升特 (Semtech) 新增支援＂时间戳＂的网关 (Gateway) 芯片组，为每个已解调的数据提供准确的到达时间信息；它能根据到达时间差 (TDOA) 执行以网络为中心的地理位置，无需在单个物联网 (IoT) 节点增加 GNSS 定位的硬件成本和功能，亦有助于使用 LoRaWAN 协议加速开发应用程序。
顺带一提，LoRa 联盟已启动＂连通欧盟＂(Connect EU) 计划，只要使用具有连接欧盟倡议的 LoRaWAN 设备，就可在欧洲漫游。多家网络营运商为全球连接并通过英国营运商的卫星部署具有漫游能力的平台，LoRaWAN 可在全球 27 个国家／地区漫游，也可通过 Lacuna Space在赤道轨道上的 IoT 卫星进行。截至 2020 年底，LoRa 联盟在全球 160 多个国家／地区拥有活跃的公有和私有 LoRaWAN 网络；去年底更新 TS002-1.1.0 LoRaWAN 后端接口的技术规范后，漫游更加容易，且增加对漫游设备的 LoRaWAN 地理位置功能支持。
图3：LoRaWAN 交握漫游信息流之启动程序
资料来源：https://lora-alliance.org/wp-content/uploads/2020/11/TS002-1.1.0_LoRaWAN_Backend_Interfaces.pdf
LoRaWAN 协议另有一项独特功能：指定设备可由本地网络、或一个／多个访问网络的多个网关同时提供服务，允许多个网络的网关充当总管，并为设备提供统一的覆盖范围。除可通过与网络营运商达成的协议访问 LoRaWAN 漫游，支持多种网络互连的漫游中枢 (Hub) 使营运商更易取得资源或通过 Lacuna Space 卫星漫游。公卫亦是公安重要一环，近期 Wiley 一份学术研究提到：为遏止肺炎病毒传播并抑制感染的复发，使 IoT 跟踪的重要性更加突显，蓝牙低功耗 (BLE) 和超宽带 (UWB) 是两大主流技术。
BLE：RSSI 简单易管理 vs. UWB：ToF＋AoA 精确安全
BLE 的工作原理是检测两个信标 (具有内置警报功能的独立 BLE 卷标) 之相对位置；尽管 BLE 解决方案相对普及、便宜且易于管理，却有着误报与隐私的隐忧；相较之下，UWB 只需低能量无线电波就可确定距离和位置等具体空间参数，精度和抗噪声干扰的能力较高。
表：为肺炎疫情而开发的 BLE 与 UWB 物联网方案示例
UWB 是以飞时测距 (ToF) 取代接收信号强度指示 (RSSI) 估量距离，然后将其用于三边测量计算以确定设备位置。以汽车远程无钥匙进入 (RKE) 攻击为例，尽管 BLE 解锁已有一定程度的加密，但黑客仍可通过放大信号强度以欺骗接收端，并利用重放攻击解密。反观基于 IEEE802.15.4z 的 UWB 利用 ToF 和到达角 (AoA) 精确计算车辆与钥匙的距离，中继攻击会增加传输延迟并显现收、发两端的实际距离，传输时间和定位地点皆容易有所出入且会曝露黑客行藏，使其难以得手；还能加密时间戳，防止前导插入攻击并允许更精确的距离测量。
简言之，UWB 短脉冲更为精确、安全，可防止距离操纵攻击。UWB 领先厂商恩智浦 (NXP) 认为，UWB 可与 BLE 或近场通信 (NFC) 等其他无线个人局域网络 (WPAN) 技术共同协作，例如，由 BLE 负责执行低功耗探索发现和唤醒，并在多个设备之间设置 UWB 连接。意即：BLE 可用于初始化，然后利用 UWB 设置安全范围，且可将 NFC 作为备援 (参阅：《NXP：集成UWB、NFC 与SE，免持存取感知空间》http://compotech.com.cn/a/feature/catalog_feature/2020/0410/62290.html 一文)。
图4：UWB 可处理上下文信息，简化决策和精确的设备管理
实时＆室内定位，UWB 劲装上阵
为改善精确和延迟问题，蓝牙 5.1 新增＂寻向＂(direction finding) 功能，可明辨蓝牙信号方向、实现＂厘米级＂定位，但对于定位等待时间仍未尽理想；于是，带宽大、传输快、定位时间较蓝牙快千倍、抵御中继攻击能力较强的 UWB 成了保持社交距离和跟踪接触者的绝佳方案，也更适合室内环境 (参阅：《UWB 低功率＂厘米级＂定位，照护／验证随身带着走》http://compotech.com.cn/a/feature/catalog_feature/2020/0410/62289.html 一文)，UWB＂立即寻址系统＂(RTLS) 正日渐受到最终用户欢迎。
研调单位 Market Research Future (MRFR) 指出，COVID-19 流行期间高效传感器及无线连接系统的导入，催生高度先进的室内定位及导航 (IPN) 系统的出现，在仓库、大型制造设施和大型建筑物中的应用也在不断增加；加上基于云台的室内 LBS 和解决方案的上升趋势，以及它们在全球市场领先企业中的日益广泛使用，许多著名的供货商正积极通过发布新产品、合作和并购以扩大其市场地位。例如，2020 年 7 月，意法半导体 (ST) 宣布从德国著名的机床和雷射工具供货商 Trumpf 手中收购法国 UWB 芯片设计公司 BeSpoon 股份。
MRFR 报告断言，UWB 市场将占据 IPN 最大市场份额；而 BeSpoon 技术可在条件不利的环境中使用厘米级精度的安全实时室内定位功能。ST 将它整合至 STM32 产品组合后，可让物联网、汽车和移动通信应用的开发人员能提供安全门禁及精确的室内外地图等服务；除并购交易本身外，ST 还将与 TRUMPF 建立 UWB 跟踪技术的策略合作伙伴关系。随着技术不断完善、长期成本趋降，以及龙头厂商登高一呼，UWB 用武之地可望越发辽阔。
图5：UWB 应用可扩及移动设备、汽车、家居、健康／健身、工业等诸多领域
