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RTLS的现况与发展趋势(上)
作者：林祖馨
来源：台湾“经济部”RFID公领域应用推动办公室
日期：2009-03-19 10:12:50
摘要：国际标准组织于2007年正式批准并公佈的RTLS技术标准—ISO/IEC 24730，有助于满足使用者进一步的需求，扩展供应链应用，增强RFID标籤的实用性和有效性，提高硬体设施之间的互通性，并且促使标籤价格的降低。
RTLS欲解决的议题
即时定位系统(Real-Time Location Systems, RTLS)乃是利用无线通讯技术，在指定的空间范围内，即时的或者接近即时的将特定目标定位的系统。目标的位置信息则是透过量测无线电波的物理特性来取得。一般用于物流供应链、配送中心、工业环节等领域的物品追踪管理，近年亦有针对人员追踪，以求安全控管的应用出现。国内外业者为何会重视即时定位系统的发展，且针对贵重资产与人员的所在建立即时的资讯系统，并开始进行验证先导，就是要改善辨识对象与读取天线之间距离过短的议题，降低环境干扰以提升读取的可靠性，并提高资料传输速度与资料量，以便能在关键的时刻，掌控物资的所在及数量，即时协调人员进行必要的处置。
一般我们所熟悉的RFID应用，多是物流供应链在货箱或栈板上贴用被动式RFID标籤，在入库出货的匣门装置感应的读取天线，以管理进出货物的品项与数量，读取距离多数在两三公尺。若是图书馆及运输票卷的应用，读取距离可能又更短了。这是对“物”的辨识，另一方面对“人”的辨识应用，所熟知的方式既是给予授权人员一RFID识别证件，在进出口的门旁装置读取器，人员需手持识别证透过近距离感应，才能开关门禁。又如在医院病患辨识的应用，是在病患手上配戴被动式RFID手环，医护人员以读取器近距离感应，通常是在十公分以内，读取病人的身份，连接后端的医疗资讯系统，以取得病人的病史，核对用药等。由于被动式标籤必须藉由读取器天线所接收的电磁能转换成电能，再透过标籤的天线传回识别ID，而无线电波传输过程也会因为环境所存在的介质，对讯号接收造成不同程度的干扰，如工作或居住环境中遍存多少含金属的桌椅建材等，或是辨识的本体带有水份，人体中所佔70%的水份既是RFID讯号无法在较远距离，有效读取人员识别ID的原因。
因此，待解决的议题包括增加辨识对象的读取距离，降低环境干扰，提高资料传输速度与资料量。而除了能撷取标籤的识别ID，其他环境资讯的即时掌握亦愈来愈重要，如所在位置，温度与溼度等。为了达成整体机构或厂房位置的掌握，无论室内或室外，就有须要结合现有无线网路架构，以降低读取器及线路佈建的成本。
为了增加读取距离及效能，通常会使用内建电池的主动式标籤。而降低主动式标籤的功耗，延长标籤电池寿命，改进讯号品质，提高定位精确度，便成为RTLS技术应用，降低设备及人员搜寻时间的关键议题。
RTLS产业重要性
1. 国际趋势
国际标准组织于2007年正式批准并公佈的RTLS技术标准—ISO/IEC 24730，有助于满足使用者进一步的需求，扩展供应链应用，增强RFID标籤的实用性和有效性，提高硬体设施之间的互通性，并且促使标籤价格的降低。
WhereNet公司（已被Zebra併购）已发展与ISO/IEC 24730标准相容的RTLS系列产品。G2 Microsystems公司已研发出符合ISO 24730标准的RFID晶片(G2C501 SOC)，整合一个32 bits的CPU，一个802.11b用户端介面，并支援多种RFID标籤模式。G2团队为了降低标籤发讯功耗，自行设计802.11b系统，重新研发802.11b的工作流程，并解决间断性少量资料传输的用户端需求。G2声称用其晶片製造的标籤，只需两个AA电池，以每40秒发送一次资料的频率，可以连续使用5年。另外，通用电气医疗集团（GE Healthcare）已开始研发该标准协议下的RFID标籤产品。
AeroScout 过去亦致力于开发RTLS，于2008年二月发佈MobileView 4.0应用软体，使用者藉此单一平台可查询，并管理企业内部的资产或人员所在。不管后端使用的RF系统为被动式或主动式，经由RFID读取器读取或藉由网路AP接收讯号，而且在定位精准度上也提升了。AeroScout另与Time-Domain公司合作生产Wi-Fi及UWB（Ultra-wide band）标籤。
2. 国际标准
国际标准组织ISO于2007年正式批准并公佈了2.4GHz主动式RTLS技术标准—ISO/IEC 24730。ISO/IEC 24730标准定义一个网路化之定位系统，藉由此定位系统提供X-Y座标及遥测数据。系统可以利用 RTLS传输器(transmitter)自动地产生一直接序列展频无线射频信号柱(direct-sequence spread spectrum radio frequency beacon)，而这些装置在现场可以透过程式设定，并且支援可选择的激发器(exciter)模式，进行定位更新的速率以及 RTLS装置位置的设定。ISO/IEC 24730虽定义这些模式，但并未定义实作这些功能的方法。
标准规定的信号柱传输器传输功率应遵循各国当地的无线射频法规须求，在无遮蔽开放的空间内，此功率确保相距至少300公尺的传输器与接收器之间的接收品质，每个接收器应能够接收及处理每秒传送至少120个信号柱的资料。RTLS提供的传输器定位资料，应在RTLS传输器真正位置3公尺的半径内。RF传输为低功率，相容且不应干扰既存标准化 ISO/IEC 8802-11 无线通讯网路，并遵循ISO/IEC 18000-4。
ISO/IEC 24730标准共包含两个部分：
ISO/IEC 24730-1—应用程式介面：包括可扩展标记语言XML和简单物件访问协定SOAP，保证多个RTLS系统/产品互享定位资料资讯。
ISO/IEC 24730-2—空中介面协定，分为三部分：
A. 定位2.4GHz标籤/读写器空中介面和定义网路定位系统的x-y座标；
B. 描述低频(120 kHz左右)设备的空中介面协定；
C. 开关键OOK介面协定，允许2.4 GHz RTLS主动式标籤回应简单、低成本的掌上型读写设备。
3. 国内外市场
虽然，2007年RFID硬体的收入大约有85%仍属于LF和HF的范围。不过，根据ABI Research的预测，在未来五年LF和HF的硬体收入总额将减少，降低约4%至8%。而被动式UHF在2007年佔有的5%，预计在2012年则增加至7%。另外，在成本较高，出货量较低，需要支持更高数据传输速率的主动式UHF和微波硬体，估计其收入将从2007年的11%，增长到2012年的12%。IDTechEx调查结果显示，于2006年主动式RFID系统的总产值为美金$0.55 Billion，预估到2016年将达$6.78 Billion，2017年将达RFID整体市场的26% (或 $7 Billion)。因此，主动式RFID的发展倍受重视，因为投入製造生产研发的厂商数目并不像被动式RFID一般，业者预期在市场佔有率的开拓与回报将比被动式RFID来的更有吸引力。针对RTLS市场，据Yankee Group的报告预估2010年将达美金$1.6 Billion。Research and Markets在2006年四月发佈的"Wi-Fi Finds Itself in the Real Time Location Systems Market"则预测Wi-Fi RTLS标籤的售价将从2006年每片美金$60逐年下滑，但出货量却在2010年成长至两百万片。目前RTLS主要的应用落在物流(44%)，医疗(30%)与军事(26%)三个领域。RTLS硬体和软体的成本已在逐步下降，每年约5%到20%。虽然许多RTLS的供应商从总部设在亚洲及太平洋地区的最终用户处获得有关RTLS技术相对较多的查询和高度兴趣，但Frost & Sullivan公司认为这可能只是冰山的一角，在此地区存在许多企业，无论是中小型企业（SME）和大型企业，而询问RTLS企业的比例仍低。虽然很多这些企业在某一个程度上瞭解RFID，许多人仍然不知道RTLS技术，特别是它可以提供给他们企业的可能好处。
RTLS应用桉例
1. 国外人员定位应用桉例
美国康涅狄格州New Haven市的耶鲁新天堂医院及宾州Harrisburg市的 Pinnacle医院都利用Radianse的主动式辨识系统，实现病人实时定位，包括即时记录医疗项目实施的时间，以改善病人家属与医生之间的交流。系统还可以提高医院病人的流量、准确计量有效事件、改进低效率流程。
Emergency Health Centre (位于美国德州Houston)运用基于超音波（20~40 KHz）频段的RTLS（Soniter公司的室内定位系统）提升急诊病患的医疗照护，整合Patient Care Technology Systems (PCTS)所开发的Amelior EDTracker软体。因超音波不会穿透房间，所以可以更准确地知道那位医护人员正在那个病房处理那位病患。目前使用100个标籤在人员身上，并在院内24个位置佈放读取器。将来可能会扩大应用在X光仪器及可携式平板电脑的资产管理。
Hospital Corporation of America (North Florida) 运用Agility Healthcare Solutions公司的433 MHz主动式Wi-Fi RTLS管理输注泵，轮椅及医疗床舖等资产，并有效地管理租赁合约，维护及保固，并节省设备寻找的时间。同时让病人配戴2-D条码腕带，以防电池电力不足或电力中断，造成无法辨识[参6]。
美国Christiana Care Health System (Wilmington, Del.)运用整合了红外线与433 MHz主动式RFID 的RTLS，解决急诊病患的识别定位及分配床位的作业。结合Patient Care Technology Systems (PCTS)所开发的Amelior EDTracker软体及Versus Technology的硬体，床位分派系统则由Premise提供。对病患的追踪更精确，也提供病患更佳的照护，还有更好的床位管理。然而，要扩大应用于其他科室及资财，院方却不会考虑大量使用红外线的RFID识别证，原因就在于红外线将受物品的阻隔而无法读取，另一方面则是建置成本太高[参7]。
2. 国外资产管理应用桉例
美国Mercy Hospital运用无线网路解决方桉供应商Ekahau公司的无线追踪RTLS解决方桉，使医院的工作人员能够立即寻找到关键设备和其它移动资产。即时定位系统使Mercy Hospital能简化工作人员的工作流程和缩减成本，不断改善患者医疗照护的体验。Ekahau系统可与现有即存的Wi-Fi网路实现无缝整合，而且不需要增建一个费用较高且非开放性的追踪基础架构，如：主动式RFID读取设备。
Ekahau即时定位系统可以被用来定位支援Wi-Fi的笔记型电脑，以及员工和患者身上所配戴或附在设备和其它贵重资产上的小型Wi-Fi标籤。Ekahau T201标籤还可轻鬆与各种医院资产实现连接，以计算资产的实际利用率，从而使Mercy的工作人员能在改善患者照护经验的同时，也对资产的採购计划达到最佳化。此解决方桉目前已被全球十几家医院所採用，这些医院包括南卡罗莱纳州Richland的Palmetto Health和法国的Chataigneraie Clinic。Ekahau的即时定位系统除了改善资产的利用率之外，亦可透过追踪病人来减少重症监护的等待时间，并可透过触发式警报按钮来保证工作人员的安全。
即时定位系统(Real-Time Location Systems, RTLS)乃是利用无线通讯技术，在指定的空间范围内，即时的或者接近即时的将特定目标定位的系统。目标的位置信息则是透过量测无线电波的物理特性来取得。一般用于物流供应链、配送中心、工业环节等领域的物品追踪管理，近年亦有针对人员追踪，以求安全控管的应用出现。国内外业者为何会重视即时定位系统的发展，且针对贵重资产与人员的所在建立即时的资讯系统，并开始进行验证先导，就是要改善辨识对象与读取天线之间距离过短的议题，降低环境干扰以提升读取的可靠性，并提高资料传输速度与资料量，以便能在关键的时刻，掌控物资的所在及数量，即时协调人员进行必要的处置。
一般我们所熟悉的RFID应用，多是物流供应链在货箱或栈板上贴用被动式RFID标籤，在入库出货的匣门装置感应的读取天线，以管理进出货物的品项与数量，读取距离多数在两三公尺。若是图书馆及运输票卷的应用，读取距离可能又更短了。这是对“物”的辨识，另一方面对“人”的辨识应用，所熟知的方式既是给予授权人员一RFID识别证件，在进出口的门旁装置读取器，人员需手持识别证透过近距离感应，才能开关门禁。又如在医院病患辨识的应用，是在病患手上配戴被动式RFID手环，医护人员以读取器近距离感应，通常是在十公分以内，读取病人的身份，连接后端的医疗资讯系统，以取得病人的病史，核对用药等。由于被动式标籤必须藉由读取器天线所接收的电磁能转换成电能，再透过标籤的天线传回识别ID，而无线电波传输过程也会因为环境所存在的介质，对讯号接收造成不同程度的干扰，如工作或居住环境中遍存多少含金属的桌椅建材等，或是辨识的本体带有水份，人体中所佔70%的水份既是RFID讯号无法在较远距离，有效读取人员识别ID的原因。
因此，待解决的议题包括增加辨识对象的读取距离，降低环境干扰，提高资料传输速度与资料量。而除了能撷取标籤的识别ID，其他环境资讯的即时掌握亦愈来愈重要，如所在位置，温度与溼度等。为了达成整体机构或厂房位置的掌握，无论室内或室外，就有须要结合现有无线网路架构，以降低读取器及线路佈建的成本。
为了增加读取距离及效能，通常会使用内建电池的主动式标籤。而降低主动式标籤的功耗，延长标籤电池寿命，改进讯号品质，提高定位精确度，便成为RTLS技术应用，降低设备及人员搜寻时间的关键议题。
RTLS产业重要性
1. 国际趋势
国际标准组织于2007年正式批准并公佈的RTLS技术标准—ISO/IEC 24730，有助于满足使用者进一步的需求，扩展供应链应用，增强RFID标籤的实用性和有效性，提高硬体设施之间的互通性，并且促使标籤价格的降低。
WhereNet公司（已被Zebra併购）已发展与ISO/IEC 24730标准相容的RTLS系列产品。G2 Microsystems公司已研发出符合ISO 24730标准的RFID晶片(G2C501 SOC)，整合一个32 bits的CPU，一个802.11b用户端介面，并支援多种RFID标籤模式。G2团队为了降低标籤发讯功耗，自行设计802.11b系统，重新研发802.11b的工作流程，并解决间断性少量资料传输的用户端需求。G2声称用其晶片製造的标籤，只需两个AA电池，以每40秒发送一次资料的频率，可以连续使用5年。另外，通用电气医疗集团（GE Healthcare）已开始研发该标准协议下的RFID标籤产品。
AeroScout 过去亦致力于开发RTLS，于2008年二月发佈MobileView 4.0应用软体，使用者藉此单一平台可查询，并管理企业内部的资产或人员所在。不管后端使用的RF系统为被动式或主动式，经由RFID读取器读取或藉由网路AP接收讯号，而且在定位精准度上也提升了。AeroScout另与Time-Domain公司合作生产Wi-Fi及UWB（Ultra-wide band）标籤。
2. 国际标准
国际标准组织ISO于2007年正式批准并公佈了2.4GHz主动式RTLS技术标准—ISO/IEC 24730。ISO/IEC 24730标准定义一个网路化之定位系统，藉由此定位系统提供X-Y座标及遥测数据。系统可以利用 RTLS传输器(transmitter)自动地产生一直接序列展频无线射频信号柱(direct-sequence spread spectrum radio frequency beacon)，而这些装置在现场可以透过程式设定，并且支援可选择的激发器(exciter)模式，进行定位更新的速率以及 RTLS装置位置的设定。ISO/IEC 24730虽定义这些模式，但并未定义实作这些功能的方法。
标准规定的信号柱传输器传输功率应遵循各国当地的无线射频法规须求，在无遮蔽开放的空间内，此功率确保相距至少300公尺的传输器与接收器之间的接收品质，每个接收器应能够接收及处理每秒传送至少120个信号柱的资料。RTLS提供的传输器定位资料，应在RTLS传输器真正位置3公尺的半径内。RF传输为低功率，相容且不应干扰既存标准化 ISO/IEC 8802-11 无线通讯网路，并遵循ISO/IEC 18000-4。
ISO/IEC 24730标准共包含两个部分：
ISO/IEC 24730-1—应用程式介面：包括可扩展标记语言XML和简单物件访问协定SOAP，保证多个RTLS系统/产品互享定位资料资讯。
ISO/IEC 24730-2—空中介面协定，分为三部分：
A. 定位2.4GHz标籤/读写器空中介面和定义网路定位系统的x-y座标；
B. 描述低频(120 kHz左右)设备的空中介面协定；
C. 开关键OOK介面协定，允许2.4 GHz RTLS主动式标籤回应简单、低成本的掌上型读写设备。
3. 国内外市场
虽然，2007年RFID硬体的收入大约有85%仍属于LF和HF的范围。不过，根据ABI Research的预测，在未来五年LF和HF的硬体收入总额将减少，降低约4%至8%。而被动式UHF在2007年佔有的5%，预计在2012年则增加至7%。另外，在成本较高，出货量较低，需要支持更高数据传输速率的主动式UHF和微波硬体，估计其收入将从2007年的11%，增长到2012年的12%。IDTechEx调查结果显示，于2006年主动式RFID系统的总产值为美金$0.55 Billion，预估到2016年将达$6.78 Billion，2017年将达RFID整体市场的26% (或 $7 Billion)。因此，主动式RFID的发展倍受重视，因为投入製造生产研发的厂商数目并不像被动式RFID一般，业者预期在市场佔有率的开拓与回报将比被动式RFID来的更有吸引力。针对RTLS市场，据Yankee Group的报告预估2010年将达美金$1.6 Billion。Research and Markets在2006年四月发佈的"Wi-Fi Finds Itself in the Real Time Location Systems Market"则预测Wi-Fi RTLS标籤的售价将从2006年每片美金$60逐年下滑，但出货量却在2010年成长至两百万片。目前RTLS主要的应用落在物流(44%)，医疗(30%)与军事(26%)三个领域。RTLS硬体和软体的成本已在逐步下降，每年约5%到20%。虽然许多RTLS的供应商从总部设在亚洲及太平洋地区的最终用户处获得有关RTLS技术相对较多的查询和高度兴趣，但Frost & Sullivan公司认为这可能只是冰山的一角，在此地区存在许多企业，无论是中小型企业（SME）和大型企业，而询问RTLS企业的比例仍低。虽然很多这些企业在某一个程度上瞭解RFID，许多人仍然不知道RTLS技术，特别是它可以提供给他们企业的可能好处。
RTLS应用桉例
1. 国外人员定位应用桉例
美国康涅狄格州New Haven市的耶鲁新天堂医院及宾州Harrisburg市的 Pinnacle医院都利用Radianse的主动式辨识系统，实现病人实时定位，包括即时记录医疗项目实施的时间，以改善病人家属与医生之间的交流。系统还可以提高医院病人的流量、准确计量有效事件、改进低效率流程。
Emergency Health Centre (位于美国德州Houston)运用基于超音波（20~40 KHz）频段的RTLS（Soniter公司的室内定位系统）提升急诊病患的医疗照护，整合Patient Care Technology Systems (PCTS)所开发的Amelior EDTracker软体。因超音波不会穿透房间，所以可以更准确地知道那位医护人员正在那个病房处理那位病患。目前使用100个标籤在人员身上，并在院内24个位置佈放读取器。将来可能会扩大应用在X光仪器及可携式平板电脑的资产管理。
Hospital Corporation of America (North Florida) 运用Agility Healthcare Solutions公司的433 MHz主动式Wi-Fi RTLS管理输注泵，轮椅及医疗床舖等资产，并有效地管理租赁合约，维护及保固，并节省设备寻找的时间。同时让病人配戴2-D条码腕带，以防电池电力不足或电力中断，造成无法辨识[参6]。
美国Christiana Care Health System (Wilmington, Del.)运用整合了红外线与433 MHz主动式RFID 的RTLS，解决急诊病患的识别定位及分配床位的作业。结合Patient Care Technology Systems (PCTS)所开发的Amelior EDTracker软体及Versus Technology的硬体，床位分派系统则由Premise提供。对病患的追踪更精确，也提供病患更佳的照护，还有更好的床位管理。然而，要扩大应用于其他科室及资财，院方却不会考虑大量使用红外线的RFID识别证，原因就在于红外线将受物品的阻隔而无法读取，另一方面则是建置成本太高[参7]。
2. 国外资产管理应用桉例
美国Mercy Hospital运用无线网路解决方桉供应商Ekahau公司的无线追踪RTLS解决方桉，使医院的工作人员能够立即寻找到关键设备和其它移动资产。即时定位系统使Mercy Hospital能简化工作人员的工作流程和缩减成本，不断改善患者医疗照护的体验。Ekahau系统可与现有即存的Wi-Fi网路实现无缝整合，而且不需要增建一个费用较高且非开放性的追踪基础架构，如：主动式RFID读取设备。
Ekahau即时定位系统可以被用来定位支援Wi-Fi的笔记型电脑，以及员工和患者身上所配戴或附在设备和其它贵重资产上的小型Wi-Fi标籤。Ekahau T201标籤还可轻鬆与各种医院资产实现连接，以计算资产的实际利用率，从而使Mercy的工作人员能在改善患者照护经验的同时，也对资产的採购计划达到最佳化。此解决方桉目前已被全球十几家医院所採用，这些医院包括南卡罗莱纳州Richland的Palmetto Health和法国的Chataigneraie Clinic。Ekahau的即时定位系统除了改善资产的利用率之外，亦可透过追踪病人来减少重症监护的等待时间，并可透过触发式警报按钮来保证工作人员的安全。
