[论文解读] A Survey of Indoor Localization Systems and Technologies

Faheem Zafari, Athanasios Gkelias+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2017

Indoor and Outdoor Localization Technologies参考文献 144被引用 182

一句话总结

本综述评估室内定位技术（AoA、ToF、RSS、CSI 等）在 WiFi、RFID、UWB、BLE 等技术中的应用，基于能量、可用性、成本、距离、延迟、可扩展性和跟踪精度等指标评估系统，并讨论物联网集成及剩余挑战。

ABSTRACT

Indoor localization has recently witnessed an increase in interest, due to the potential wide range of services it can provide by leveraging Internet of Things (IoT), and ubiquitous connectivity. Different techniques, wireless technologies and mechanisms have been proposed in the literature to provide indoor localization services in order to improve the services provided to the users. However, there is a lack of an up-to-date survey paper that incorporates some of the recently proposed accurate and reliable localization systems. In this paper, we aim to provide a detailed survey of different indoor localization techniques such as Angle of Arrival (AoA), Time of Flight (ToF), Return Time of Flight (RTOF), Received Signal Strength (RSS); based on technologies such as WiFi, Radio Frequency Identification Device (RFID), Ultra Wideband (UWB), Bluetooth and systems that have been proposed in the literature. The paper primarily discusses localization and positioning of human users and their devices. We highlight the strengths of the existing systems proposed in the literature. In contrast with the existing surveys, we also evaluate different systems from the perspective of energy efficiency, availability, cost, reception range, latency, scalability and tracking accuracy. Rather than comparing the technologies or techniques, we compare the localization systems and summarize their working principle. We also discuss remaining challenges to accurate indoor localization.

研究动机与目标

• 总结用于定位的室内定位技术和信号度量（RSSI、CSI、AoA、ToF、TDoA、RToF、PoA）以及指纹定位方法。
• 调查支持室内定位的技术与系统（WiFi、蓝牙、Zigbee、RFID、UWB、可见光、声学）。
• 在一个明确的框架下评估定位系统在能效、可用性、成本、范围、延迟、可扩展性和精度等方面。
• 讨论 IoT 在室内定位中的机会和挑战，并对比短距离与长距离物联网技术。

提出的方法

• 提供定位技术的分类（RSSI、CSI、AoA、ToF、TDoA、RToF、PoA）以及指纹/场景分析。
• 讨论技术选项（WiFi、蓝牙、Zigbee、RFID、UWB、VLC、声学）及其定位含义。
• 为在多指标上比较系统提出评估框架（可用性、成本、能量、范围、延迟、可扩展性、精度）。
• 提供 IoT 入门并分析新兴 IoT 技术在室内定位的可行性（亚米级目标）。
• 对 1997–2016/2018 年现有定位系统进行调查并将其与框架进行评估。

实验结果

研究问题

• RQ1 室内环境下主要定位技术及其运行原理是什么？
• RQ2 不同技术（WiFi、BLE、RFID、UWB 等）如何支持室内定位，它们的优缺点是什么？
• RQ3 如何用统一的评估框架在能量、成本、可用性、范围、延迟、可扩展性和精度等方面比较室内定位系统？
• RQ4 将物联网技术与室内定位结合面临的挑战与机会有哪些？
• RQ5 对准确的室内定位存在哪些尚未解决的差距和未来方向？

主要发现

• 基于 WiFi 的定位在近代系统中已达到亚米级精度（中位数约为23 cm）。
• CSI 提供对多径和室内噪声的鲁棒性，但在现成 NIC 上不可直接获得。
• 指纹粒度与环境随时间的稳定性之间存在权衡，指纹易受环境变化影响。
• 一个明确的、通用的评估框架有助于在能量、成本、可用性、延迟、范围、可扩展性和准确度等方面比较多样化的定位系统。
• 物联网技术尚不适合亚米级室内定位，需短距离与长距离物联网方法的协作。
• 该综述涵盖了广泛的技术（RSSI、ToF、TDoA、RToF、AoA、PoA），并强调系统级评估而非仅技术比较。