物聯網 (IoT) 時代，內嵌通信功能的便攜式／穿戴式產品日見普及，與我們最為切身的＂最后一英里＂競爭不再止步于家庭、商場、辦公室等建筑物，繼之而起的是無線個人局域網絡 (WPAN)，應用也越趨廣泛；與移動通信的大范圍覆蓋不同，WPAN 著重的是小區域使用范圍的最佳信道規劃。從早期單純做數據／信號傳輸、到＂無鑰匙進入＂(RKE) 的遙控或追蹤用的標簽，再到各式新興穿戴設備，藍牙 (Bluetooth)、Zigbee、無線射頻識別 (RFID)／近場通信 (NFC) 以及超寬帶 (UWB) 正各自競逐一片天，＂室內定位＂尤其受到關注。
圖1：UWB 用于博物館資產追蹤或室內導航示意
資料來源：NXP提供
資料來源：NXP提供
室內定位需求爆發，匯聚企業 BI
市調公司 HTF Market Intelligence Consulting 預測，2025 年室內定位服務 (Location-based Service, LBS) 市場將達 29 億美元，期間年復合成長率 (CAGR) 高達30%！試究背后深層原因，不外乎作為尋物、導航與＂電子圍籬＂之用，以實現預防阻擋、區域警報、出界捕救和移動軌跡追蹤等。稍早數據橋市場研究 (Data Bridge Market Research) 聚焦于＂企業＂的數據更驚人，受到工業 4.0 及業務流程優化的推動，預測 2026 年全球企業室內 LBS CAGR 將達 43.13%，但維護相關復雜性或將成為阻力。
市調公司 HTF Market Intelligence Consulting 預測，2025 年室內定位服務 (Location-based Service, LBS) 市場將達 29 億美元，期間年復合成長率 (CAGR) 高達30%！試究背后深層原因，不外乎作為尋物、導航與＂電子圍籬＂之用，以實現預防阻擋、區域警報、出界捕救和移動軌跡追蹤等。稍早數據橋市場研究 (Data Bridge Market Research) 聚焦于＂企業＂的數據更驚人，受到工業 4.0 及業務流程優化的推動，預測 2026 年全球企業室內 LBS CAGR 將達 43.13%，但維護相關復雜性或將成為阻力。
地理空間媒體與通信公司 (Geospatial Media and Communications) 表示，過去以制圖和導航聞名的行業正逐漸發展為分析和智慧技術，越來越多的位置情報被用于為客戶提供集成的個性化產品和服務，有助于優化業務決策——從確定展店的最佳區域、改善供應鏈，到制訂令人心動的營銷活動，保險金融服務亦可使用位置分析評估風險并驗證索賠，還能整合企業資源規劃 (ERP)、顧客關系管理 (CRM)、社交網絡平臺與地理信息系統 (GIS)。LBS 價值鏈可分為三層結構：位置數據和分析平臺、消費者服務平臺與集成定位功能的企業商業智能 (BI) 平臺。
對行業的啟示是：誰可更快地處理數據并實時生成重要見解，遠較誰擁有最多數據重要！而云端平臺是最佳解方。隨著軟件即服務 (SaaS) 成熟度不斷提高，定位公司正將其業務策略轉移到平臺即服務 (PaaS)，以使客戶獲得更大的敏捷性、靈活性和可擴展性。人工智能 (AI)、增強現實／虛擬現實 (AR/VR) 和物聯網對于數字技術的重要性日增，可望以更多創新方式推動 LBS 普及。通過將位置元素加到企業平臺，售前和售后團隊得以可視化航點中的數據庫項目，有助于解決復雜的空間問題，并提供及時客戶服務、增進客戶體驗。
圖2：以 AI 為中心的室內定位系統架構
資料來源：https://www.ibm.com/blogs/research/2018/10/indoor-positioning-system/
資料來源：https://www.ibm.com/blogs/research/2018/10/indoor-positioning-system/
Zigbee 適用大范圍定位，藍牙信標定位最普及
移動企業云端平臺廠商 Phunware 的＂多屏即服務＂(Multiscreen-as-a-Service) 平臺，就可用于管理客房預訂，在整個設施中實現定位、尋路和導航并擴展其他建筑物內的服務，包括：停車管理、安全性和用戶反饋，以提高企業園區的利用率。另一研調機構 Reports and Data 推估，2026 年＂微型定位＂(Micro-Location) 市場將達 493.5 億美元；在多元連接技術幫襯下可精確定位室內位置，即使在遠處也可識別對象，思科 (Cisco)、阿魯巴網絡 (Aruba)、Humatics Corporation 和 Estimote 為主要參與者。但嚴格來說，RFID/NFC 并不適合用于定位。
移動企業云端平臺廠商 Phunware 的＂多屏即服務＂(Multiscreen-as-a-Service) 平臺，就可用于管理客房預訂，在整個設施中實現定位、尋路和導航并擴展其他建筑物內的服務，包括：停車管理、安全性和用戶反饋，以提高企業園區的利用率。另一研調機構 Reports and Data 推估，2026 年＂微型定位＂(Micro-Location) 市場將達 493.5 億美元；在多元連接技術幫襯下可精確定位室內位置，即使在遠處也可識別對象，思科 (Cisco)、阿魯巴網絡 (Aruba)、Humatics Corporation 和 Estimote 為主要參與者。但嚴格來說，RFID/NFC 并不適合用于定位。
工作頻率為 900MHz 的 UHF RFID，因為標簽是被動式、不具通信能力，傳輸距離非常有限且安全性不夠完備，只能簡單判讀某個區域是否有人進出；而主動式 RFID 耗電量逼近 Wi-Fi，對電池續航力是一大挑戰。再看系出同門的 NFC，龍頭廠恩智浦半導體 (NXP) 直言：其平均讀取范圍僅 4～10 釐米，意義不大。倒是基于 IEEE802.15.4 標準的 Zigbee，優勢在于部署容易、支持節點多、自組織、低功耗、傳輸通道簡單但＂穿透力高＂，最重要的是成本低，除了用于自動／遠程控制，不少煤礦工場或監獄管制等大面積區域有采用。
至于藍牙，要算是大眾最熟悉的 WPAN 技術了。其最大好處是：普及率高、不受視距 (LOS) 影響，只要開啟設備就可執行。知名的蘋果 (Apple) iBeacon 就是采用藍牙低功耗 (BLE) 做商場定位服務和移動支付。自 2004 年諾基亞 (Nokia) 發布、2007 年并入藍牙標準以來，BLE 已成眾多終端設備標配，最大有效距離為 45 米。于 2012 年收購 Meraki 的思科系統近日亦與移動企業云平臺公司 Phunware 合作開設＂Phunware MaaS LBS＂，兼采 BLE 信標 (Beacon)、Wi-Fi、Li-Fi 和 GPS，不到一秒便可實時室內定位、導航和尋路，在室內、外無縫過渡。
表：WPAN 技術特性比較
|
|
Bluetooth 5.x |
UWB |
Zigbee |
NFC |
|
標準 |
IEEE 802.15.1 |
IEEE 802.15.3 |
IEEE 802.15.4 |
IEC 18092/21481 |
|
頻段 |
2.4 GHz |
3.1～10.6GHz |
2.4GHz 868MHz 915MHz |
13.56MHz |
|
距離 |
<300m |
0～75m |
10～75m |
<50cm |
|
傳輸率 |
2Mbps |
100Mbps～Gbps |
2.4GHz=>250kbps
868/915 MHz=> 20kbps / 40kbps |
424 kbps |
|
安全性 |
高 |
高 |
中 |
最高 |
|
穿透性 |
中 |
最低 |
最高 |
中 |
|
抗擾度 |
中 |
最高 |
中 |
低 |
|
精準度 |
中 |
最高 |
低 |
中 |
|
復雜度 |
低 |
低 |
低 |
高 |
|
部署成本 |
中 |
最高 |
低 |
最低 |
資料來源：筆者整理
藍牙 5.0 支援室內導航，5.1 重磅新增＂尋向＂
低成本位置追蹤設備的開發和智慧手機的廣泛采用是 iBeacon 主要驅動因素。鏈接位置信息與客戶購買模式，企業可策略性地向目標受眾傳遞不同廣告和商業信息；借助 LBS 做地理圍欄，企業亦可知道目標客戶何時進入、離開商店附近區域，零售和消費品有望成為最大貢獻者——本地解決方案將主導市場。然而，隨著越來越多的數字營銷采用云端服務，成長力道將大增。地理圍欄超越標準的地理定位，可在非常特定的位置、甚至是街上或建筑物定位，涉及兩大步驟：1.繪制希望數字廣告展示的特定地理區域；2.有人進入虛擬圍欄區域時觸發廣告。
低成本位置追蹤設備的開發和智慧手機的廣泛采用是 iBeacon 主要驅動因素。鏈接位置信息與客戶購買模式，企業可策略性地向目標受眾傳遞不同廣告和商業信息；借助 LBS 做地理圍欄，企業亦可知道目標客戶何時進入、離開商店附近區域，零售和消費品有望成為最大貢獻者——本地解決方案將主導市場。然而，隨著越來越多的數字營銷采用云端服務，成長力道將大增。地理圍欄超越標準的地理定位，可在非常特定的位置、甚至是街上或建筑物定位，涉及兩大步驟：1.繪制希望數字廣告展示的特定地理區域；2.有人進入虛擬圍欄區域時觸發廣告。
另有照明廠商展示將藍牙用于收集建筑物數據，以增加銷售、減少搜索或等待時間，為客戶和服務人員提供移動廣告資源的定向協助，節省空間、人力并獲得完整的移動軌跡曲線。使用基于 BLE 信標可連接到市電、亦可使用現有燈具的電源；電池供電的 BLE 信標可使用 2～8 年，無需借助外部電源；信標可貼附到目標物或由要被定位的人配戴，在 100 平方米的面積約需 3～4 個信標。一個有趣的用例是：M2M Technologies 公司利用其名為＂Shield＂的室內定位技術，在隱蔽的車庫中尋獲從他處竊取而來的贓車。
值得留意的是，藍牙于 2016 年發布 5.0 版本已將理論上的有效傳輸距離大幅提升至 300 米、傳輸率亦倍增至 2Mbps，且支持室內定位導航 (結合 Wi-Fi 可實現精度＜1 米的室內定位)，并針對 IoT 進行許多底層優化，例如，可接收無需配對的信標數據、傳輸率可再提高八倍，更有利于廣告和定位。去年新出爐的 5.1 版本新增＂尋向＂(direction finding) 功能，較以往更具競爭本錢，可明辨藍牙信號方向、便于解讀設備方向的接近 (proximity)——藍牙 LBS 可細分為＂接近＂和＂定位＂兩大類，實現＂釐米級＂精度的定位。
圖3：基于到達角 (AoA) 和出發角 (AoD) 兩個關鍵概念，藍牙5.1＂尋向＂通過在通信鏈路的任一側使用天線數組，可確定兩個角度的相移數據并由此定位
資料來源：Nordic；https://www.nordicsemi.com/Products/Low-power-short-range-wireless/Direction-finding
資料來源：Nordic；https://www.nordicsemi.com/Products/Low-power-short-range-wireless/Direction-finding
WPAN 異質混搭日盛，UWB 華麗轉身
其原理都是在數據封包傳輸中加入＂接收信號強度指示＂(RSSI) 機制虛擬出產品的大致范圍，再通過三邊測量交集而完成室內定位——多個信號來源的傳輸距離不一，會造成不同程度的信號衰減，故須依據信號衰減程度計算出接收端與個別基地臺的距離，再套用三角定位公式計算出接收端所在坐標，目前已有酒店旅宿開始導入。BLE 緊急按鈕的先進廠商 React Mobile公司，近期推出 BLE 5.0 信標，可在多層建筑物的室內提供精確的房間位置，以因應緊急醫療或員工騷擾事故。
其原理都是在數據封包傳輸中加入＂接收信號強度指示＂(RSSI) 機制虛擬出產品的大致范圍，再通過三邊測量交集而完成室內定位——多個信號來源的傳輸距離不一，會造成不同程度的信號衰減，故須依據信號衰減程度計算出接收端與個別基地臺的距離，再套用三角定位公式計算出接收端所在坐標，目前已有酒店旅宿開始導入。BLE 緊急按鈕的先進廠商 React Mobile公司，近期推出 BLE 5.0 信標，可在多層建筑物的室內提供精確的房間位置，以因應緊急醫療或員工騷擾事故。
當啟動外形小巧、由多個 CR2032 電池供電的安全設備 (ESD) 后，會自動識別最近的 BLE 信標并將精確房號及 GPS 坐標實時回報管理后臺；一旦遇有緊急情況，可通過手機 APP 或單擊緊急求救按鈕觸發警報，作為聲音及 GPS 系統室內運作不良的補充。不過，藍牙的抗干擾能力并不佳，在復雜空間的穩定性較差；于是，上述諸多 WPAN 技術，混搭情形并不罕見。坊間就有可監控室內溫度／濕度／噪音水平的多合一照明傳感器套件，選擇捆綁藍牙 LBS；內置的藍牙芯片可在 Zigbee 或 PoE 支持 LBS，不用將信息傳回中央服務器。
UWB 更為自己寫下重返榮耀傳奇，在一度被＂棄市＂、淡出人們視線多年以后，成功華麗轉身。猶記 2008 年，英特爾 (Intel) 因遍尋不到投資者而黯然結束 UWB 技術研發時，曾給予產業一記重擊；但隨著連網設備和通信干擾越來越多，對數據要求越來越精準，UWB 的＂高定位精度、高安全性、高傳輸速率、高系統穩定性與抗干擾能力、以及低功耗＂優勢逐漸脫穎而出，使用空間密集的工商或醫療環境對誤差容忍度更是極其有限。ResearchAndMarkets 預估，受到醫療保健和零售行業的帶動，2019～2026 年全球 UWB 市場的 CAGR 達 5.7%。
