物聯(lián)網(wǎng)應用對定位的要求越來越多，尤其是一些資產(chǎn)跟蹤等的應用。根據(jù)Machina Research研究，到2020年底，物聯(lián)網(wǎng)將會有超過15億臺連接設備。其中約三分之一將嚴重依賴地理數(shù)據(jù)，60％應用將可能包括地理數(shù)據(jù)。Semtech的LoRa地理位置解決方案可以滿足這一需求，這些市場包括汽車、物流、消費產(chǎn)品、保險、農(nóng)業(yè)、建筑等。
作為一種窄帶傳輸無線技術，LoRa是如何實現(xiàn)定位的呢？LoRa是使用到達時間差來實現(xiàn)地理定位。下面就開看看LoRa定位是怎樣實現(xiàn)的。
要了解LoRa定位是如何工作的，就要來看看從終端節(jié)點到服務器的數(shù)據(jù)傳輸步驟。LoRa定位的前提是所有的基站或LoRa網(wǎng)關共享一個共同的時基，這一點非常重要。
當任何一個LoRaWAN終端設備發(fā)送一個數(shù)據(jù)包時，會被其所在網(wǎng)絡范圍內(nèi)的所有網(wǎng)關接收，并且每個報文都將會報告給網(wǎng)絡服務器。所有的網(wǎng)關都是一樣的，它們一直在所有信道上接收所有數(shù)據(jù)速率的信號。這意味著在LoRa終端設備上沒有開銷，因為它們不需要掃描和連接到特定的網(wǎng)關。 傳感器被簡單地喚醒，發(fā)送數(shù)據(jù)包，網(wǎng)絡范圍內(nèi)的所有網(wǎng)關都可以接收它。
所有網(wǎng)關設備都會將接受到的相同數(shù)據(jù)包發(fā)到網(wǎng)絡服務器，使用內(nèi)置于最新一代網(wǎng)關中的專用硬件和軟件捕獲高精度的到達時間。網(wǎng)絡服務器端的算法比較到達時間、信號強度、信噪比和其他參數(shù)來計算終端節(jié)點的最可能的位置。未來，我們期待混合數(shù)據(jù)融合技術和地圖匹配增強來改善到達時間差，提高定位精度。
為了使地理位置更準確，至少需要三個網(wǎng)關接收數(shù)據(jù)包。更多網(wǎng)關、更密集的網(wǎng)絡會提高定位精度和容量。這是因為當更多的網(wǎng)關接收到相同的數(shù)據(jù)包時，服務器芥酸算法會得到更多信息，從而提高了地理位置精度。
LoRa網(wǎng)關內(nèi)部需要新一代硬件來計算地理位置中使用的一些參數(shù)，如高精度的到達時間。Semtech于2016年初創(chuàng)建了新版網(wǎng)關的參考設計，在許多網(wǎng)關中成功實現(xiàn)。參考設計包括了所需的高質(zhì)量時間戳功能，適用于獲得授權的網(wǎng)關合作伙伴。這樣就確保了多個供應商的部署都能一致地工作，提供高質(zhì)量的時間戳，從而實現(xiàn)最高質(zhì)量的地理定位服務。
需要重點注意的是，地理位置完全依靠網(wǎng)關和網(wǎng)絡技術，因此一旦網(wǎng)關升級，地理位置功能就可用于所有設備
Semtech還提供了一個地理位置解算程序。通用的解算程序不是專用的應用程序，是與終端節(jié)點無關的，這為LoRa地理定位服務提供了良好的開始。 另外，還定義了一個API，允許系統(tǒng)集成商使用第三方可能提高可用位置精度的解算算法。通過這種開放的模式，Semtech鼓勵解算技術的創(chuàng)新和發(fā)展，確?；贚oRaWAN的地理位置不斷改進。
當數(shù)據(jù)包到達網(wǎng)關時，它并不知道數(shù)據(jù)包來自哪個終端設備。因此，網(wǎng)關給接每個接受到的數(shù)據(jù)包加上時間戳，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給服務器。由于訪問地理位置服務是有價值的，所以這些時間戳在網(wǎng)關中通過加密來保護。時間戳被傳輸?shù)骄W(wǎng)絡服務器，Semtech授權解密功能給網(wǎng)絡服務提供商。 網(wǎng)絡服務器提供商可以根據(jù)訂閱的服務級別對數(shù)據(jù)進行解密。
要提供良好位置最大困難之一是減少多路徑傳輸。如下圖所示，一些數(shù)據(jù)包直接去了網(wǎng)關，有些數(shù)據(jù)包并沒有但有一個反射信號，其他數(shù)據(jù)包兩種情況都有。使用更多數(shù)據(jù)包傳輸來減少多路徑傳輸，可以通過更多的信道、更多的網(wǎng)關、更多天線以及使用機器學習或統(tǒng)計技術。
頻率分集：通過在所有可用信道上重復發(fā)送一條消息，平均來看地理位置結(jié)果有50％的改善。 一個工作在8通道網(wǎng)絡上的靜態(tài)終端節(jié)點在8個不同信道上發(fā)送8個數(shù)據(jù)包后，那么其結(jié)果將提高50％。
部署網(wǎng)關網(wǎng)格的形狀。網(wǎng)關部署網(wǎng)格的影響約為25％。 一個長的細網(wǎng)格將比一個方格網(wǎng)格差25％。因此，網(wǎng)絡部署應盡可能側(cè)重于以方形模式部署網(wǎng)關。
網(wǎng)關分集： 一般來說，接收信號的網(wǎng)關越多，結(jié)果越準確。然而，超過6個網(wǎng)關，地理位置改善開始變得不明顯。 3到4個網(wǎng)關，大概有25％的改善，超過4個網(wǎng)關地理位置改善開始減少。
天線設備分集對最弱的信號影響最大。因此，如果設備在3個網(wǎng)關上處于接收良好的位置，增加一個弱的第四個網(wǎng)關，天線分集通常會改變在第四個網(wǎng)關上接收到的數(shù)據(jù)包從不可用到可用。在這種情況下，LoRa可以提供25％的地理位置改善。
LoRa無線技術Geolocation是面向低功率廣域網(wǎng)的無GPS解決方案。 作為LoRa無線RF平臺的主要增強功能，Semtech的LoRa地理位置解決方案將能夠?qū)崿F(xiàn)作為整體解決方案中一部分需要位置確定的應用。
這種新功能由現(xiàn)有的LoRa終端節(jié)點支持，消除了額外的成本，并且不需要額外的處理能力，同時保持數(shù)據(jù)和位置的最佳安全性。
LoRaWAN網(wǎng)關設備傳感器現(xiàn)在可以支持跟蹤應用，通過使用到達時間差技術來確定接近的位置。
傳感器中沒有位置任務的處理
發(fā)送位置數(shù)據(jù)不需要“空中時間”
可能使用盡可能小的LoRaWAN數(shù)據(jù)包進行地理位置定位
最低成本
傳感器中沒有GNSS或其他硬件
更小的電池，因為沒有使用傳感器電源來獲取位置
最小尺寸，包括電子部分，電池，外殼
最低環(huán)境影響
傳感器硬件最小化（包括電子部分，電池，外殼尺寸等）
許多傳感器安裝一個終生電池
成都億佰特電子科技公司是一家專業(yè)做無線底層開發(fā)的公司，公司的無線產(chǎn)品主要用于其他做產(chǎn)品生產(chǎn)的公司用于二次開發(fā)，因此億佰特的無線串口等產(chǎn)品功能集成豐富，并且功耗控制的非常低。億佰特的無線產(chǎn)品比較豐富，有170M、230M、433M、495M、868M、915M、2.4G等頻段的無線模塊，藍牙模塊、WIFI模塊、zigbee模塊產(chǎn)品也很多，無需用戶開發(fā)，直接用串口或者rs485接口就可以進行數(shù)據(jù)傳輸。產(chǎn)品的內(nèi)部控制器基本都是采用進口的單片機實現(xiàn)，性能穩(wěn)定，資源豐富，功耗也低。有興趣的讀者可以去億佰特官網(wǎng)了解，有很多值得學習和借鑒。
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