隨著科技迅速發展，行動定位服務越來越受到人們的重視。目前廣為人知的行動定位服務以全球定位系統為代表，也已廣泛應用於許多領域。而室內定位服務存在龐大市場商機，然而要提供此項服務須利用不同於戶外定位的技術，而方興未艾的即時定位系統正符合室內環境成熟技術的需求。
隨著科技迅速發展，行動定位服務越來越受到人們的重視。目前廣為人知的行動定位服務以全球定位系統為代表，也已廣泛應用於許多領域。而室內定位服務存在龐大市場商機，然而要提供此項服務須利用不同於戶外定位的技術，而方興未艾的即時定位系統正符合室內環境成熟技術的需求。
GPS技術最大的限制在於須與衛星系統保持視線可及(Line of Sight, LOS)環境，若於室內或是建築物中，由於無線訊號不能直接與用戶端設備直接傳遞，即無法達到既有的定位準確度，甚至失效。雖然有人嘗試將全球定位系統使用於室內定位，但都必須花費昂貴的成本。而室內定位(Indoor Positioning System, IPS)有幾種不同的技術發展，如紅外線(Infra-red)定位技術、全球定位系統(Global Positioning System, GPS)、射頻(Radio Frequency, RF)定位技術及射頻辨識(Radio Frequency Identification, RFID)定位系統。
紅外線定位技術是以紅外線發射器為定位單元(Beacons)，利用行動單元(如PDA)接收的紅外線訊號進行位置的判定。技術上的瓶頸在於紅外線的發射與接收受到物體干擾，無法精準定位；而全球定位系統乃利用24顆衛星同時發送訊號封包，利用訊號時間差計算物體位置，其精確度會受天候影響，誤差約在5公尺內。
至於射頻定位技術則是以行動單元發送訊號，利用定點接收器同時所接收訊號的不同來定位。利用RFID技術來做定位，其發展背景即是來自於射頻定位技術。RFID利用無線網路架構，先將平面空間畫分成許多子空間。在系統架設階段，量測在不同位置、四個方向所接收不同RFID讀取器的訊號，並由各個訊號的強度建立無線電索引地圖(Radio Index Map)。當系統定位使用者從RFID讀取器所接收到的使用者訊號強度與無線電索引地圖裡的資訊進行比對，選出符合的使用者位置而完成定位。
無線網路定位模式面面觀
因為室內環境擺設複雜、精密度要求較高，所以室內定位系統在實作上相對困難許多，包含訊號強度擷取、資料庫建置、定位演算法、如何正確取得來自各個RFID讀取器的訊號資料、RFID讀取器與RFID標籤應要如何擺設以提升系統定位的正確性、如何經由推估的方式而降低定位系統的建置成本、以及收到相關訊號資料後如何轉換為位置資訊等幾個主要問題。目前在無線網路環境下進行定位服務的定位模式大致有以下4種：收訊角度法(Angle of Arrival, AOA)、收訊時間(Time of Arrival, TOA)、收訊時間差(Time Difference of Arrival, TDOA)、訊號強度法(Received Signal Strength, RSS)，本文將做簡略的介紹：
收訊角度法定位系統是一種常被討論的定位方法；其工作原理是利用具方向性的天線(Directional Antenna)或天線陣列(Antenna Array)決定出主動式標籤(Active Tag)訊號的來源方向，也就是主動式標籤的可能方向，此一方向在2D平面上可決定出一條以RFID讀取器為起點的直線，令兩個以上的RFID讀取器測量出此一主動式標籤的方向，則兩條以上的直線之交點就是主動式標籤的可能位置。
AOA的誤差來源包括系統本身角度解析度造成的誤差以及多路徑傳播(Multipath)效應所造成的誤差。但兩者相較之下，主要的誤差來源則為多路徑傳播效應。多路徑傳播效應是指在行動台附近的物體反射主動式標籤發射的訊號，如果此反射訊號也傳送至讀取器的接收器，將使讀取器認為所接收到的訊號是從反射物的方向傳過來，造成讀取器誤判或混淆。因為距離主動式標籤過遠的物體反射訊號功率太小，且過長的多路徑傳播延遲(Multipath Delay)可以被接收器濾掉，所以一般而言，多路徑傳播效應造成的散射(Scattering)可視為主動式標籤附近某範圍的干擾訊號源。
利用AOA參數取得主動式標籤位置的概念相當容易，但實際應用上卻有幾個缺點待克服，如，需要方向性天線或是天線陣列，目前的RFID系統尚未具備此硬體，故須汰換新設備或額外增加設備，造成系統提供業者成本的提高。此外，接收端天線本身的角度解析度(Angular Resolution)也有其極限，因此，當主動式標籤與讀取器的距離相當遠的時候，此角度解析度造成的距離誤差將相當懸殊，影響定位的準確度。而在微細胞基地台(Microcell)中，因為多路徑效應的影響，讀取器本身可能亦在主動式標籤發射電波的散射範圍內，影響測量角度的正確性，甚至無法完成定位。
AOA定位技術目前看來並非多數讀取器定位系統主流技術，但將來若增加讀取器智慧型天線(Smart Antenna)設備，且提高系統的角度解析度，則AOA可在不增加讀取器設備的情況下與主動式標籤結合，那麼AOA或許會成為主流的定位技術。
收訊時間(Time of Arrival, TOA)定位系統的幾何原理與文章後面將介紹的訊號強度法的幾何原理是相同的，唯此時決定圓半徑的參數不是訊號強度，而是訊號的傳播時間。由主動式標籤發射到讀取器的訊號傳播時間可知，將訊號傳播時間乘上傳播速度(一般以光速計算)，則可得主動式標籤到讀取器的距離。TOA定位可適用於各個距離的定位，不似AOA定位精確度會隨著主動式標籤與讀取器距離增加而降低；但因為訊號的傳播速度非常快，所以TOA對於時間的敏感度相當高，必須十分精準測得訊號實際的傳播時間，即使是1微秒的時間誤差，也會造成300公尺的距離誤差，導致計算之結果與主動式標籤實際位置之間的誤差相當可觀。
收訊時間差(Time Difference of Arrival, TDOA)技術的基本原理是利用雙曲線的特性，即雙曲線上的點到兩焦點距離之差為定值。TDOA多讀取器定位系統的定位方式，亦可分為兩步驟；首先利用各種時間延遲估算(Time Delay Estimation)的技術，盡量精確測得兩讀取器接收到的訊號到達時間差，再將之轉換成距離，並代入雙曲線的方程式中，形成一組聯立雙曲線方程式；第二步則是利用有效且快速的運算法則求得此聯立方程組的解，此解即為主動式標籤位置。TDOA系統時間差的取得有兩種方式，一是直接利用兩個讀取器的TOA相減取得；二則是利用兩讀取器接收訊號相關性(Correlation)的方式取得。利用TOA相減的方式取得TDOA的方法與TOA系統類似，同樣是取得主動式標籤訊號傳送至每個讀取器的時間，只是參數轉換成距離之後代入的是雙曲線方程式。
訊號強度法(Received Signal Strength, RSS)是利用通道傳播模型去描述路徑損耗對於距離的衰減情形。欲利用此一資訊進行定位，須事先建構該環境的傳播損失模型，才能藉由訊號強度的衰減來決定行動台和基地台的距離，該行動台位置應位於以對應基地台為圓心預估距離為半徑所畫的圓之上，所以至少必須有3個基地台方能進行定位。由於無線電在室內傳播呈現多重路徑干擾衰弱與遮蔽效應，造成接收訊號強度與自由真空傳播結果會有很大的差距，於是預估的傳播距離將產生誤差，如此行動台的預估位置不會如前述交於一點，而會落於一個預估區域內。
上述4種方法以訊號強度法較適合於室內環境，其他3種方法在室內環境受到多重路徑問題的影響程度大，並且訊號強度法對於位置移動時訊號強弱的變化是比較可預期的，也就是所得位置相依變數有較高的量測精確度。
障礙物影響室內定位精準度
室外環境定位與室內環境定位兩者各有不同的考量，對於室外環境而言，多為寬廣的地區或是大型的障礙物，訊號的多重路徑較不明顯，因此在室外環境定位時障礙物的影響較小。而室外環境相對於室內環境，使用者平均移動的速度較快，因此必須考量訊號傳遞與接收的時間差。障礙物為影響室內環境定位最重要的因子，在室內環境中常常會擺設各式各樣的家具或裝飾，這些物品對於訊號的吸收率各有不同，而這些物品的擺設又往往不是非常規律，使得無線訊號在室內傳遞時很容易被物品所吸收，因此這些物品的位置和材質便成為影響訊號推估室內位置的最大因素。
另一方面，人體的組成70%以上是水，所以人本身就是一個很會吸收無線訊號的物體，當人數變多或人的移動次數頻繁時，訊號的變動率就會更大，考量室內定位時不能忽略這個因素。因為障礙物會吸收訊號，相鄰位置的訊號強度變動量就會變大，所以反而能判斷出使用者位置的改變，因此妥善地利用障礙物能使室內定位服務更精準。
室內環境相較於室外環境範圍較小，訊號在室內傳遞時容易因障礙物或牆壁而反射，多重路徑的狀況也相對嚴重許多，這使得接收訊號會被混淆、訊號強度有不穩定的變動。另一方面，室內環境範圍較小，所以訊號的時間短，這使得利用時間差推估位置的精準度下降；對於利用訊號強度推估位置而言，也會因為訊號強度的變動率太低而使精準度低。因為室內環境的範圍較小，所以布建的讀取器較室外環境為少，即可達成精準的效果，且精準度比室外環境定位高。
調校讀取器/環境因素提升定位準度
系統在建置時的另一個考量是讀取器的擺放位置，如何在欲定位的場地中決定讀取器放置的數目與這些讀取器放置的位置，使得在該系統中能夠對使用者位置定位的精準度達到最高，更使得整體系統運作達到最佳化的效果。在此可透過一個數學模式(Mathematical Model)來定義與分析此問題。首先，由已知讀取器的訊號強弱判斷模組(Propagation Model)，可藉此推測每個觀察點的訊號強度值。另外由已知場地中障礙物的分布資訊，將每個觀測點之間所推出的訊號強度差異盡量擴大，以提高定位的精準度，將此問題塑造成最大與最小值的問題，將訊號強度差異最小的兩點差異最大化，而決定出適合在場地中架設讀取器的數目與其擺設位置。
除了上述因素之外，其他的環境因素也會影響訊號的接收。這些因素有溫度、溼度、其他同類型無線訊號干擾的影響等。溫度與溼度皆會影響訊號的傳輸速度，這對透過訊號時間差來推估位置的方法而言會有極大的影響；其他同類型無線訊號的干擾，例如靠近基地台附近或在微波爐附近，如果這些頻率與所使用的訊號強度相近，則可能嚴重影響訊號接收的品質，進而改變室內定位的精準度。不同的室內環境有不同的擺設，因此在進行室內環境定位時，必須考量以上的因素，並針對每一項因素再調校，以滿足各種不同環境的需求。
RTLS上看數十億美元商機
室內即時定位服務系統(RTLS)使用無線遙感技術為用戶提供無線服務，主要應用於已具備無線連接性的網路區域內的資產進行即時定位跟蹤。例如，在運輸過程中跟蹤貨物，即時定位服務系統是對小型電子設備進行即時追蹤定位的電子系統，從醫療部門到製造業，在要求即時資料及需要定位的資產運輸過程，都會出現即時定位系統的身影。
雖然截至目前為止，全球市場僅銷售900多套即時定位服務系統，但隨著技術專家對即時定位服務系統作進一步的性能改良和便捷化設計，到2016年，即時定位服務系統的應用量將會大幅度上升，銷售額估計會超過27億美元(圖1與圖2)。屆時，將隨之產生新的標準、規則以及新的配套設備。
世界上許多大型公司都在積極參與即時定位服務系統的相關業務，如三菱(Mitsubishi)、思科(Cisco)、國際商業機器(IBM)、微軟(Microsoft)、摩托羅拉(Motorola)等，這些公司可望成為10年之內RFID市場的生力軍，預計市占率將達40%。據統計，大多數即時定位服務系統都是在300M～433.92MHz的頻段上工作，不過將來有可能會使用2.45GHz的頻段(表1)。
WiFi定位技術由室內延伸室外
目前適合於室內發展的定位技術，主要有WiFi、藍芽、RFID、超音波以及UWB等數種無線技術，這些技術均具備可於非直視(No Line of Sight)的條件下運作的特性，因此不會有室內接收不到訊號的問題。以WiFi技術為例，受限於傳輸距離之限制(室外約100公尺，室內約20～50公尺)，其原先之定位應用係以室內或是區域性的定位服務為主，包括機場、旅館、國際會議中心等商務人士聚集地的訊息推送，如優惠簡訊、旅遊景點等；展覽會場、博物館等設備、動線複雜場地的導覽服務，如屏東海洋生物博物館、國立歷史博物館之無線導覽服務等；或是物品、人員追蹤等定位應用，如丹麥的Legoland遊樂園於2004年3月啟用結合RFID與WiFi技術的兒童失蹤應用定位服務。
不過，隨著行動終端，如筆記型電腦、PDA等內建WiFi功能比例的增加，以及WiFi基地台日益普及，如無線寬頻城市的興起和熱點的快速蔓延等有利條件的發展，WiFi定位技術已經逐漸由室內以及區域性的應用範圍朝室外應用發展，如服務業者將可於無線接取點(AP)布建密集的都會街道提供各式的WiFi行動定位加值服務。
此外，相較於GPS等技術，WiFi定位技術除了能算出所處位置的經、緯度，還能計算出高度，確定人員或是物品於樓層的確實位置，針對特別的定位應用有其發展優勢，例如需要準確定位消防人員於火災現場之樓層位置。
不同於過去應用於區域型定位的三角定位運作原理，目前已有許多專業的系統開發廠商，針對應用於都會區的WiFi定位技術進行相關技術開發，最新的定位運作方式係採實地的接取點訊號源偵測，亦即透過站點調查(Site Survey)的方式，沿街蒐集都市裡每條街道的WiFi訊號，藉由每台接取點具有獨特辨識頻率的特性，例如MAC位址，將這些接取點的位置資料建成資料庫。當持有內建WiFi定位系統軟體的行動用戶出現在某一地區時，該軟體會自動掃描周遭的WiFi訊號，並將數個接取點訊號源的位置與資料庫當中的接取點地點資料進行比對，從而算出該用戶的位置，因此當該地區的接取點密度越高，則該地區的定位準確度將越高。
目前的代表業者包括Ekahau、Skyhook Wireless等，其中Skyhook Wireless已經完成包括紐約、波士頓、芝加哥、洛杉磯和舊金山等美國25個主要大型城市約150萬筆的接取點位置資料庫，包括一般住家以及企業等私人接取點資料，2005年底已將資料庫的涵蓋範圍擴大到美國主要的100大城市，並於2005年下半年開始進行歐洲地區的資料庫建立。
相較衛星以及行動電話基地台位置的固定性，WiFi基地台被移動的可能性相對提高，尤其是住家或企業，因此接取點位置更動的不確定可能影響其系統定位的準確性。針對此問題，新式的WiFi定位技術將具備自動監測接取點位置更動的功能，並將變動後的位置自動更新至資料庫中。此外，為確保資料庫之完整性提高準確度，定位軟體開發公司也將定期進行大規模的站點調查，以保持資料庫系統的正確性與完整性。
定位技術邁向個人化服務
在第三代行動通訊時代來臨的同時，更優質的服務項目、更便捷的生活機能將成為未來行動通訊演進的重要推手。在無線通訊日益普及的今天，如何提供消費者更多元的加值服務正是業者努力創新的方向。
除了影像傳輸、行動上網等服務外，行動定位似乎是很好的利基點，特別是室內的位置感知與應用服務這一塊，相較於室外定位已有GPS導航等產品，室內定位服務相關的技術進步與產品開發仍有很大的發展空間。
而近年來隨著無線區域網路、RFID、超寬頻等技術的蓬勃發展，一種被稱為行動定位服務(Location-based Service, LBS)的商業模式逐漸成熟。未來若能結合室內與室外的定位技術，並克服環境限制、提供定位精準度，將有機會提供「個人化」的導航與導覽服務，讓社會大眾享受到更便利的優質生活機能。