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RTLS的現況與發展趨勢(上)
作者：林祖馨
來源：臺灣“經濟部”RFID公領域應用推動辦公室
日期：2009-03-19 10:12:50
摘要：國際標準組織于2007年正式批準并公佈的RTLS技術標準—ISO/IEC 24730，有助于滿足使用者進一步的需求，擴展供應鏈應用，增強RFID標籤的實用性和有效性，提高硬體設施之間的互通性，并且促使標籤價格的降低。
RTLS欲解決的議題
即時定位系統(Real-Time Location Systems, RTLS)乃是利用無線通訊技術，在指定的空間范圍內，即時的或者接近即時的將特定目標定位的系統。目標的位置信息則是透過量測無線電波的物理特性來取得。一般用于物流供應鏈、配送中心、工業環節等領域的物品追蹤管理，近年亦有針對人員追蹤，以求安全控管的應用出現。國內外業者為何會重視即時定位系統的發展，且針對貴重資產與人員的所在建立即時的資訊系統，并開始進行驗證先導，就是要改善辨識對象與讀取天線之間距離過短的議題，降低環境干擾以提升讀取的可靠性，并提高資料傳輸速度與資料量，以便能在關鍵的時刻，掌控物資的所在及數量，即時協調人員進行必要的處置。
一般我們所熟悉的RFID應用，多是物流供應鏈在貨箱或棧板上貼用被動式RFID標籤，在入庫出貨的匣門裝置感應的讀取天線，以管理進出貨物的品項與數量，讀取距離多數在兩三公尺。若是圖書館及運輸票卷的應用，讀取距離可能又更短了。這是對“物”的辨識，另一方面對“人”的辨識應用，所熟知的方式既是給予授權人員一RFID識別證件，在進出口的門旁裝置讀取器，人員需手持識別證透過近距離感應，才能開關門禁。又如在醫院病患辨識的應用，是在病患手上配戴被動式RFID手環，醫護人員以讀取器近距離感應，通常是在十公分以內，讀取病人的身份，連接后端的醫療資訊系統，以取得病人的病史，核對用藥等。由于被動式標籤必須藉由讀取器天線所接收的電磁能轉換成電能，再透過標籤的天線傳回識別ID，而無線電波傳輸過程也會因為環境所存在的介質，對訊號接收造成不同程度的干擾，如工作或居住環境中遍存多少含金屬的桌椅建材等，或是辨識的本體帶有水份，人體中所佔70%的水份既是RFID訊號無法在較遠距離，有效讀取人員識別ID的原因。
因此，待解決的議題包括增加辨識對象的讀取距離，降低環境干擾，提高資料傳輸速度與資料量。而除了能擷取標籤的識別ID，其他環境資訊的即時掌握亦愈來愈重要，如所在位置，溫度與溼度等。為了達成整體機構或廠房位置的掌握，無論室內或室外，就有須要結合現有無線網路架構，以降低讀取器及線路佈建的成本。
為了增加讀取距離及效能，通常會使用內建電池的主動式標籤。而降低主動式標籤的功耗，延長標籤電池壽命，改進訊號品質，提高定位精確度，便成為RTLS技術應用，降低設備及人員搜尋時間的關鍵議題。
RTLS產業重要性
1. 國際趨勢
國際標準組織于2007年正式批準并公佈的RTLS技術標準—ISO/IEC 24730，有助于滿足使用者進一步的需求，擴展供應鏈應用，增強RFID標籤的實用性和有效性，提高硬體設施之間的互通性，并且促使標籤價格的降低。
WhereNet公司（已被Zebra併購）已發展與ISO/IEC 24730標準相容的RTLS系列產品。G2 Microsystems公司已研發出符合ISO 24730標準的RFID晶片(G2C501 SOC)，整合一個32 bits的CPU，一個802.11b用戶端介面，并支援多種RFID標籤模式。G2團隊為了降低標籤發訊功耗，自行設計802.11b系統，重新研發802.11b的工作流程，并解決間斷性少量資料傳輸的用戶端需求。G2聲稱用其晶片製造的標籤，只需兩個AA電池，以每40秒發送一次資料的頻率，可以連續使用5年。另外，通用電氣醫療集團（GE Healthcare）已開始研發該標準協議下的RFID標籤產品。
AeroScout 過去亦致力于開發RTLS，于2008年二月發佈MobileView 4.0應用軟體，使用者藉此單一平臺可查詢，并管理企業內部的資產或人員所在。不管后端使用的RF系統為被動式或主動式，經由RFID讀取器讀取或藉由網路AP接收訊號，而且在定位精準度上也提升了。AeroScout另與Time-Domain公司合作生產Wi-Fi及UWB（Ultra-wide band）標籤。
2. 國際標準
國際標準組織ISO于2007年正式批準并公佈了2.4GHz主動式RTLS技術標準—ISO/IEC 24730。ISO/IEC 24730標準定義一個網路化之定位系統，藉由此定位系統提供X-Y座標及遙測數據。系統可以利用 RTLS傳輸器(transmitter)自動地產生一直接序列展頻無線射頻信號柱(direct-sequence spread spectrum radio frequency beacon)，而這些裝置在現場可以透過程式設定，并且支援可選擇的激發器(exciter)模式，進行定位更新的速率以及 RTLS裝置位置的設定。ISO/IEC 24730雖定義這些模式，但并未定義實作這些功能的方法。
標準規定的信號柱傳輸器傳輸功率應遵循各國當地的無線射頻法規須求，在無遮蔽開放的空間內，此功率確保相距至少300公尺的傳輸器與接收器之間的接收品質，每個接收器應能夠接收及處理每秒傳送至少120個信號柱的資料。RTLS提供的傳輸器定位資料，應在RTLS傳輸器真正位置3公尺的半徑內。RF傳輸為低功率，相容且不應干擾既存標準化 ISO/IEC 8802-11 無線通訊網路，并遵循ISO/IEC 18000-4。
ISO/IEC 24730標準共包含兩個部分：
ISO/IEC 24730-1—應用程式介面：包括可擴展標記語言XML和簡單物件訪問協定SOAP，保證多個RTLS系統/產品互享定位資料資訊。
ISO/IEC 24730-2—空中介面協定，分為三部分：
A. 定位2.4GHz標籤/讀寫器空中介面和定義網路定位系統的x-y座標；
B. 描述低頻(120 kHz左右)設備的空中介面協定；
C. 開關鍵OOK介面協定，允許2.4 GHz RTLS主動式標籤回應簡單、低成本的掌上型讀寫設備。
3. 國內外市場
雖然，2007年RFID硬體的收入大約有85%仍屬于LF和HF的范圍。不過，根據ABI Research的預測，在未來五年LF和HF的硬體收入總額將減少，降低約4%至8%。而被動式UHF在2007年佔有的5%，預計在2012年則增加至7%。另外，在成本較高，出貨量較低，需要支持更高數據傳輸速率的主動式UHF和微波硬體，估計其收入將從2007年的11%，增長到2012年的12%。IDTechEx調查結果顯示，于2006年主動式RFID系統的總產值為美金$0.55 Billion，預估到2016年將達$6.78 Billion，2017年將達RFID整體市場的26% (或 $7 Billion)。因此，主動式RFID的發展倍受重視，因為投入製造生產研發的廠商數目并不像被動式RFID一般，業者預期在市場佔有率的開拓與回報將比被動式RFID來的更有吸引力。針對RTLS市場，據Yankee Group的報告預估2010年將達美金$1.6 Billion。Research and Markets在2006年四月發佈的"Wi-Fi Finds Itself in the Real Time Location Systems Market"則預測Wi-Fi RTLS標籤的售價將從2006年每片美金$60逐年下滑，但出貨量卻在2010年成長至兩百萬片。目前RTLS主要的應用落在物流(44%)，醫療(30%)與軍事(26%)三個領域。RTLS硬體和軟體的成本已在逐步下降，每年約5%到20%。雖然許多RTLS的供應商從總部設在亞洲及太平洋地區的最終用戶處獲得有關RTLS技術相對較多的查詢和高度興趣，但Frost & Sullivan公司認為這可能只是冰山的一角，在此地區存在許多企業，無論是中小型企業（SME）和大型企業，而詢問RTLS企業的比例仍低。雖然很多這些企業在某一個程度上瞭解RFID，許多人仍然不知道RTLS技術，特別是它可以提供給他們企業的可能好處。
RTLS應用桉例
1. 國外人員定位應用桉例
美國康涅狄格州New Haven市的耶魯新天堂醫院及賓州Harrisburg市的 Pinnacle醫院都利用Radianse的主動式辨識系統，實現病人實時定位，包括即時記錄醫療項目實施的時間，以改善病人家屬與醫生之間的交流。系統還可以提高醫院病人的流量、準確計量有效事件、改進低效率流程。
Emergency Health Centre (位于美國德州Houston)運用基于超音波（20~40 KHz）頻段的RTLS（Soniter公司的室內定位系統）提升急診病患的醫療照護，整合Patient Care Technology Systems (PCTS)所開發的Amelior EDTracker軟體。因超音波不會穿透房間，所以可以更準確地知道那位醫護人員正在那個病房處理那位病患。目前使用100個標籤在人員身上，并在院內24個位置佈放讀取器。將來可能會擴大應用在X光儀器及可攜式平板電腦的資產管理。
Hospital Corporation of America (North Florida) 運用Agility Healthcare Solutions公司的433 MHz主動式Wi-Fi RTLS管理輸注泵，輪椅及醫療床舖等資產，并有效地管理租賃合約，維護及保固，并節省設備尋找的時間。同時讓病人配戴2-D條碼腕帶，以防電池電力不足或電力中斷，造成無法辨識[參6]。
美國Christiana Care Health System (Wilmington, Del.)運用整合了紅外線與433 MHz主動式RFID 的RTLS，解決急診病患的識別定位及分配床位的作業。結合Patient Care Technology Systems (PCTS)所開發的Amelior EDTracker軟體及Versus Technology的硬體，床位分派系統則由Premise提供。對病患的追蹤更精確，也提供病患更佳的照護，還有更好的床位管理。然而，要擴大應用于其他科室及資財，院方卻不會考慮大量使用紅外線的RFID識別證，原因就在于紅外線將受物品的阻隔而無法讀取，另一方面則是建置成本太高[參7]。
2. 國外資產管理應用桉例
美國Mercy Hospital運用無線網路解決方桉供應商Ekahau公司的無線追蹤RTLS解決方桉，使醫院的工作人員能夠立即尋找到關鍵設備和其它移動資產。即時定位系統使Mercy Hospital能簡化工作人員的工作流程和縮減成本，不斷改善患者醫療照護的體驗。Ekahau系統可與現有即存的Wi-Fi網路實現無縫整合，而且不需要增建一個費用較高且非開放性的追蹤基礎架構，如：主動式RFID讀取設備。
Ekahau即時定位系統可以被用來定位支援Wi-Fi的筆記型電腦，以及員工和患者身上所配戴或附在設備和其它貴重資產上的小型Wi-Fi標籤。Ekahau T201標籤還可輕鬆與各種醫院資產實現連接，以計算資產的實際利用率，從而使Mercy的工作人員能在改善患者照護經驗的同時，也對資產的採購計劃達到最佳化。此解決方桉目前已被全球十幾家醫院所採用，這些醫院包括南卡羅萊納州Richland的Palmetto Health和法國的Chataigneraie Clinic。Ekahau的即時定位系統除了改善資產的利用率之外，亦可透過追蹤病人來減少重癥監護的等待時間，并可透過觸發式警報按鈕來保證工作人員的安全。
即時定位系統(Real-Time Location Systems, RTLS)乃是利用無線通訊技術，在指定的空間范圍內，即時的或者接近即時的將特定目標定位的系統。目標的位置信息則是透過量測無線電波的物理特性來取得。一般用于物流供應鏈、配送中心、工業環節等領域的物品追蹤管理，近年亦有針對人員追蹤，以求安全控管的應用出現。國內外業者為何會重視即時定位系統的發展，且針對貴重資產與人員的所在建立即時的資訊系統，并開始進行驗證先導，就是要改善辨識對象與讀取天線之間距離過短的議題，降低環境干擾以提升讀取的可靠性，并提高資料傳輸速度與資料量，以便能在關鍵的時刻，掌控物資的所在及數量，即時協調人員進行必要的處置。
一般我們所熟悉的RFID應用，多是物流供應鏈在貨箱或棧板上貼用被動式RFID標籤，在入庫出貨的匣門裝置感應的讀取天線，以管理進出貨物的品項與數量，讀取距離多數在兩三公尺。若是圖書館及運輸票卷的應用，讀取距離可能又更短了。這是對“物”的辨識，另一方面對“人”的辨識應用，所熟知的方式既是給予授權人員一RFID識別證件，在進出口的門旁裝置讀取器，人員需手持識別證透過近距離感應，才能開關門禁。又如在醫院病患辨識的應用，是在病患手上配戴被動式RFID手環，醫護人員以讀取器近距離感應，通常是在十公分以內，讀取病人的身份，連接后端的醫療資訊系統，以取得病人的病史，核對用藥等。由于被動式標籤必須藉由讀取器天線所接收的電磁能轉換成電能，再透過標籤的天線傳回識別ID，而無線電波傳輸過程也會因為環境所存在的介質，對訊號接收造成不同程度的干擾，如工作或居住環境中遍存多少含金屬的桌椅建材等，或是辨識的本體帶有水份，人體中所佔70%的水份既是RFID訊號無法在較遠距離，有效讀取人員識別ID的原因。
因此，待解決的議題包括增加辨識對象的讀取距離，降低環境干擾，提高資料傳輸速度與資料量。而除了能擷取標籤的識別ID，其他環境資訊的即時掌握亦愈來愈重要，如所在位置，溫度與溼度等。為了達成整體機構或廠房位置的掌握，無論室內或室外，就有須要結合現有無線網路架構，以降低讀取器及線路佈建的成本。
為了增加讀取距離及效能，通常會使用內建電池的主動式標籤。而降低主動式標籤的功耗，延長標籤電池壽命，改進訊號品質，提高定位精確度，便成為RTLS技術應用，降低設備及人員搜尋時間的關鍵議題。
RTLS產業重要性
1. 國際趨勢
國際標準組織于2007年正式批準并公佈的RTLS技術標準—ISO/IEC 24730，有助于滿足使用者進一步的需求，擴展供應鏈應用，增強RFID標籤的實用性和有效性，提高硬體設施之間的互通性，并且促使標籤價格的降低。
WhereNet公司（已被Zebra併購）已發展與ISO/IEC 24730標準相容的RTLS系列產品。G2 Microsystems公司已研發出符合ISO 24730標準的RFID晶片(G2C501 SOC)，整合一個32 bits的CPU，一個802.11b用戶端介面，并支援多種RFID標籤模式。G2團隊為了降低標籤發訊功耗，自行設計802.11b系統，重新研發802.11b的工作流程，并解決間斷性少量資料傳輸的用戶端需求。G2聲稱用其晶片製造的標籤，只需兩個AA電池，以每40秒發送一次資料的頻率，可以連續使用5年。另外，通用電氣醫療集團（GE Healthcare）已開始研發該標準協議下的RFID標籤產品。
AeroScout 過去亦致力于開發RTLS，于2008年二月發佈MobileView 4.0應用軟體，使用者藉此單一平臺可查詢，并管理企業內部的資產或人員所在。不管后端使用的RF系統為被動式或主動式，經由RFID讀取器讀取或藉由網路AP接收訊號，而且在定位精準度上也提升了。AeroScout另與Time-Domain公司合作生產Wi-Fi及UWB（Ultra-wide band）標籤。
2. 國際標準
國際標準組織ISO于2007年正式批準并公佈了2.4GHz主動式RTLS技術標準—ISO/IEC 24730。ISO/IEC 24730標準定義一個網路化之定位系統，藉由此定位系統提供X-Y座標及遙測數據。系統可以利用 RTLS傳輸器(transmitter)自動地產生一直接序列展頻無線射頻信號柱(direct-sequence spread spectrum radio frequency beacon)，而這些裝置在現場可以透過程式設定，并且支援可選擇的激發器(exciter)模式，進行定位更新的速率以及 RTLS裝置位置的設定。ISO/IEC 24730雖定義這些模式，但并未定義實作這些功能的方法。
標準規定的信號柱傳輸器傳輸功率應遵循各國當地的無線射頻法規須求，在無遮蔽開放的空間內，此功率確保相距至少300公尺的傳輸器與接收器之間的接收品質，每個接收器應能夠接收及處理每秒傳送至少120個信號柱的資料。RTLS提供的傳輸器定位資料，應在RTLS傳輸器真正位置3公尺的半徑內。RF傳輸為低功率，相容且不應干擾既存標準化 ISO/IEC 8802-11 無線通訊網路，并遵循ISO/IEC 18000-4。
ISO/IEC 24730標準共包含兩個部分：
ISO/IEC 24730-1—應用程式介面：包括可擴展標記語言XML和簡單物件訪問協定SOAP，保證多個RTLS系統/產品互享定位資料資訊。
ISO/IEC 24730-2—空中介面協定，分為三部分：
A. 定位2.4GHz標籤/讀寫器空中介面和定義網路定位系統的x-y座標；
B. 描述低頻(120 kHz左右)設備的空中介面協定；
C. 開關鍵OOK介面協定，允許2.4 GHz RTLS主動式標籤回應簡單、低成本的掌上型讀寫設備。
3. 國內外市場
雖然，2007年RFID硬體的收入大約有85%仍屬于LF和HF的范圍。不過，根據ABI Research的預測，在未來五年LF和HF的硬體收入總額將減少，降低約4%至8%。而被動式UHF在2007年佔有的5%，預計在2012年則增加至7%。另外，在成本較高，出貨量較低，需要支持更高數據傳輸速率的主動式UHF和微波硬體，估計其收入將從2007年的11%，增長到2012年的12%。IDTechEx調查結果顯示，于2006年主動式RFID系統的總產值為美金$0.55 Billion，預估到2016年將達$6.78 Billion，2017年將達RFID整體市場的26% (或 $7 Billion)。因此，主動式RFID的發展倍受重視，因為投入製造生產研發的廠商數目并不像被動式RFID一般，業者預期在市場佔有率的開拓與回報將比被動式RFID來的更有吸引力。針對RTLS市場，據Yankee Group的報告預估2010年將達美金$1.6 Billion。Research and Markets在2006年四月發佈的"Wi-Fi Finds Itself in the Real Time Location Systems Market"則預測Wi-Fi RTLS標籤的售價將從2006年每片美金$60逐年下滑，但出貨量卻在2010年成長至兩百萬片。目前RTLS主要的應用落在物流(44%)，醫療(30%)與軍事(26%)三個領域。RTLS硬體和軟體的成本已在逐步下降，每年約5%到20%。雖然許多RTLS的供應商從總部設在亞洲及太平洋地區的最終用戶處獲得有關RTLS技術相對較多的查詢和高度興趣，但Frost & Sullivan公司認為這可能只是冰山的一角，在此地區存在許多企業，無論是中小型企業（SME）和大型企業，而詢問RTLS企業的比例仍低。雖然很多這些企業在某一個程度上瞭解RFID，許多人仍然不知道RTLS技術，特別是它可以提供給他們企業的可能好處。
RTLS應用桉例
1. 國外人員定位應用桉例
美國康涅狄格州New Haven市的耶魯新天堂醫院及賓州Harrisburg市的 Pinnacle醫院都利用Radianse的主動式辨識系統，實現病人實時定位，包括即時記錄醫療項目實施的時間，以改善病人家屬與醫生之間的交流。系統還可以提高醫院病人的流量、準確計量有效事件、改進低效率流程。
Emergency Health Centre (位于美國德州Houston)運用基于超音波（20~40 KHz）頻段的RTLS（Soniter公司的室內定位系統）提升急診病患的醫療照護，整合Patient Care Technology Systems (PCTS)所開發的Amelior EDTracker軟體。因超音波不會穿透房間，所以可以更準確地知道那位醫護人員正在那個病房處理那位病患。目前使用100個標籤在人員身上，并在院內24個位置佈放讀取器。將來可能會擴大應用在X光儀器及可攜式平板電腦的資產管理。
Hospital Corporation of America (North Florida) 運用Agility Healthcare Solutions公司的433 MHz主動式Wi-Fi RTLS管理輸注泵，輪椅及醫療床舖等資產，并有效地管理租賃合約，維護及保固，并節省設備尋找的時間。同時讓病人配戴2-D條碼腕帶，以防電池電力不足或電力中斷，造成無法辨識[參6]。
美國Christiana Care Health System (Wilmington, Del.)運用整合了紅外線與433 MHz主動式RFID 的RTLS，解決急診病患的識別定位及分配床位的作業。結合Patient Care Technology Systems (PCTS)所開發的Amelior EDTracker軟體及Versus Technology的硬體，床位分派系統則由Premise提供。對病患的追蹤更精確，也提供病患更佳的照護，還有更好的床位管理。然而，要擴大應用于其他科室及資財，院方卻不會考慮大量使用紅外線的RFID識別證，原因就在于紅外線將受物品的阻隔而無法讀取，另一方面則是建置成本太高[參7]。
2. 國外資產管理應用桉例
美國Mercy Hospital運用無線網路解決方桉供應商Ekahau公司的無線追蹤RTLS解決方桉，使醫院的工作人員能夠立即尋找到關鍵設備和其它移動資產。即時定位系統使Mercy Hospital能簡化工作人員的工作流程和縮減成本，不斷改善患者醫療照護的體驗。Ekahau系統可與現有即存的Wi-Fi網路實現無縫整合，而且不需要增建一個費用較高且非開放性的追蹤基礎架構，如：主動式RFID讀取設備。
Ekahau即時定位系統可以被用來定位支援Wi-Fi的筆記型電腦，以及員工和患者身上所配戴或附在設備和其它貴重資產上的小型Wi-Fi標籤。Ekahau T201標籤還可輕鬆與各種醫院資產實現連接，以計算資產的實際利用率，從而使Mercy的工作人員能在改善患者照護經驗的同時，也對資產的採購計劃達到最佳化。此解決方桉目前已被全球十幾家醫院所採用，這些醫院包括南卡羅萊納州Richland的Palmetto Health和法國的Chataigneraie Clinic。Ekahau的即時定位系統除了改善資產的利用率之外，亦可透過追蹤病人來減少重癥監護的等待時間，并可透過觸發式警報按鈕來保證工作人員的安全。
