LoRa定位技术

物联网应用对位置的需求越来越多,LoRa技术提供了另一种定位选择

LoRa在LPWAN中是独一无二,提供原生免GPS定位技术。

LoRa地理位置允许用户定位资产、跟踪设备和检测地理围栏知道某些东西在哪里。这种地理位置功能是LoRaWAN独有的,通过LoRa技术来实现。

Machina Research预测,60%的物联网设备将会使用地理位置数据,其中三分之一的应用将严重地依赖于位置。

Semtech早期就明确了低功率广域网地理位置的重要性,在地理定位技术方面投入了大量时间和精力,经过了三年多的开发,于2016年6月宣布增加此功能。

地理位置有四个主要用处:定位、导航、管理和跟踪。

定位:

快速识别位置意味着节省时间并提高效率。 例如,通过了解事件的确切位置,用户可以快速做出反应并可能提高安全性。

导航:

即时的位置信息开启导航功能,帮助确定一个可靠的和有效的路线,并避免延迟和/或拥堵。

管理:

提供数据的位置关联性有助于增强其价值和实用性。 这对于温度和水位监测特别有用,可以改善自然灾害的反应时间,如火山爆发和洪水。

跟踪:

LoRa地理位置对跟踪资产和传感器特别有用。 通过访问地理标签的数据,用户可以对偏差做出反应,预测潜在的问题。

各种不同的技术都提供了定位解决方案,需要对精度、设备价格、覆盖范围和功耗做个权衡取舍

LoRa是唯一无二的,只要终端节点与网络通信,就可以得到地理位置数据。 对物料清单和功耗几乎没有任何影响。 基于LoRa的地理位置可以工作在室外和室内,精度取决于地形和基站密度。

我们来看看地理位置的一些典型应用:

智慧城市和交通监控:

汽车应用中的地理位置功能可用于事故跟踪和通知,以及预测性维护需求。具体位置的数据有助于算法做出更好的预测。

计量和物流:

地理位置功能在物流中有各种应用。 一些例子包括垃圾桶、回收库、气罐或任何其他任何容器的填充率监测。 数据可用于自动优化收集路线并节省运营成本。 此外,地理位置可用于资产跟踪实现更有效的库存管理。

农业:

LoRa地理位置目前用于家畜跟踪。 通过跟踪牛并监测它们的健康,例如,你可以更快更容易地照料生病的牛。 在一个大牧场上,了解病畜的具体位置可以明显地提高反应时间。

LoRa地理位置还应用在建筑、保险和消费行业等,用于跟踪高价值资产,如建筑材料、保险商品、宠物甚至人等!

LoRa地理位置提供最低的功率、成本和环境影响。

与地理位置相关的接收、传输或处理在传感器外面完成,因此不需要额外的硬件、电池或时间。

介绍LoRa定位技术

继续介绍LoRa地理位置,让我们来快速看一下基础的技术。

目前,LoRa使用到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)来实现地理定位。 要了解它是如何工作的,我们来看看从终端节点到服务器的数据传输步骤。开始,所有的基站或网关共享一个共同的时基,这是重要的。

当任何LoRaWAN设备发送一个数据包时,该数据包被范围内的所有网关接收,并且每个报文都将报告给服务器。所有的网关都是一样的,它们一直在所有信道上接收所有数据速率的信号。 这意味着终端设备上没有开销,因为它们不必扫描和连接到特定的网关。 传感器简单地唤醒,发送数据包,范围内的所有网关都可以接收它。

然后,所有网关都会将相同的数据包发回到服务器,使用内置在最新一代网关中的专用硬件和软件捕获高精度到达时间。 接下来,服务器端的算法比较到达时间、信号强度、信噪比和其他参数来计算终端节点的最可能位置。未来,我们期待混合数据融合技术和地图匹配增强来改善到达时间差,提高定位精度。

为了使地理位置准确地工作,需要通过至少三个网关接收到数据包。更多网关的更密集网络会提高定位的精度和容量。

这是因为当更多的网关接收到相同的数据包时,服务器算法会收到更多的信息,从而提高了地理位置精度。

现在,我们来讨论一下硬件。 网关内部需要下一代的硬件来计算地理位置中使用的一些参数,如高精度的到达时间。Semtech于2016年初创建了网关参考设计,此后在许多网关中成功实现。 它包括了所需的高质量时间戳功能,并且适用于获得授权的网关合作伙伴。 这样确保了多个供应商的部署都能一致地工作,提供高质量的时间戳,从而实现最高质量的地理定位服务。需要重点注意的是,地理位置完全依靠网关和网络技术,因此一旦网关升级,地理位置功能就可用于所有设备。

Semtech还提供了一个地理位置解算程序。通用的解算程序不是专用的应用程序,是与终端节点无关的,为LoRa地理定位服务提供了良好的起点。 另外,定义了一个API,允许系统集成商使用第三方可能提高可用位置精度的解算算法。通过这种开放的模式,Semtech鼓励解算技术的创新和发展,确保基于LoRaWAN的地理位置不断改进。

当数据包到达网关时,它不知道数据包来自哪个终端设备。因此,网关给接每个接受到的数据包加上时间戳,并将其转发给服务器。由于访问地理位置服务是有价值的,所以这些时间戳在网关中通过加密来保护。时间戳被传输到网络服务器,Semtech授权解密功能给网络服务提供商。 网络服务器提供商可以根据订阅的服务级别对数据进行解密。

要提供良好位置最大困难之一是减少多路径传输。如上图所示,一些数据包直接去了网关,有些数据包并没有但有一个反射信号,其他数据包两种情况都有。使用更多数据包传输来减少多路径传输,可以通过更多的信道、更多的网关、更多天线以及使用机器学习或统计技术。

最后,我们来看看数据的可控参数。

频率分集。通过在所有可用信道上重复发送一条消息,平均来看地理位置结果有50%的改善。 一个工作在8通道网络上的静态终端节点在8个不同信道上发送8个数据包后,那么其结果将提高50%。

部署网关网格的形状。 网关部署网格的影响约为25%。 一个长的细网格将比一个方格网格差25%。 因此,网络部署应尽可能侧重于以方形模式部署网关。

网关分集。 一般来说,接收信号的网关越多,结果越准确。 然而,超过6个网关,地理位置改善开始变得不明显。 3到4个网关,大概有25%的改善,超过4个网关地理位置改善开始减少。

最后,天线分集。 天线分集对最弱的信号影响最大。因此,如果设备在3个网关上处于接收良好的位置,增加一个弱的第四个网关,天线分集通常会改变在第四个网关上接收到的数据包从不可用到可用。在这种情况下,它可以提供25%的地理位置改善。

说明:LoRa应用学习站通过公开互联网收集、整理并转载有关LoRa及物联网应用解决方案,以供广大LoRa应用开发者和爱好者共同学习交流和参考运用到实际生产生活中。本站所有转载的文章、图片、音频、视频等资料的版权归版权所有人所有并衷心感谢您的付出,由于本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者,如果本网所选内容的文章原创作者认为其作品不宜放在本站,请及时通过以下留言功能通知我们采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。如果您希望保留本文在LoRa学习站,但希望文章末尾提供对作者的致谢或者产品、网站交换链接的,也请将需求写入以下留言栏中,谢谢您的支持。让我们共同努力,打造万物互联的未来美好生活!

您的留言或需求: