¿Cómo consigue LoRa el posicionamiento? Como tecnología inalámbrica de banda estrecha, LoRa utiliza la diferencia de tiempo de llegada (TDOA) para lograr el posicionamiento geográfico. Según Machina Research, a finales de 2020 habrá más de 1.500 millones de dispositivos conectados a la Internet de los objetos. Aproximadamente un tercio de ellos dependerán en gran medida de datos geográficos, y 60% de las aplicaciones incluirán probablemente datos geográficos. Especialmente algunas aplicaciones como el seguimiento de activos. Veamos cómo se implementa.
1. Principio de posicionamiento LoRa
Para comprender cómo Posicionamiento LoRa funciona, es necesario examinar las etapas de transmisión de datos desde el nodo final hasta el servidor. La premisa de Posicionamiento LoRa es que todas las estaciones base o pasarelas comparten una base horaria común, lo que es muy importante.
Cuando cualquier dispositivo terminal LoRaWAN envía un paquete de datos, será recibido por todas las pasarelas dentro del alcance de la red, y cada paquete será comunicado al servidor de la red. Todas las pasarelas son iguales, reciben señales a todas las velocidades de datos en todos los canales todo el tiempo. Esto significa que no hay sobrecarga en los dispositivos finales LoRa, ya que no necesitan escanear y conectarse a una pasarela específica. El sensor simplemente se despierta, envía un paquete y todas las pasarelas dentro del alcance de la red pueden recibirlo.
Todas las pasarelas envían al servidor de la red los mismos paquetes que reciben, capturando con gran precisión las horas de llegada mediante hardware y software especializados integrados en la última generación de pasarelas. Los algoritmos del servidor de red comparan la hora de llegada, la intensidad de la señal, la relación señal/ruido y otros parámetros para calcular la ubicación más probable del nodo final. En el futuro, esperamos que la tecnología híbrida de fusión de datos y la mejora de la correspondencia de mapas mejoren las diferencias de tiempo de llegada y aumenten la precisión del posicionamiento.
Para que la geolocalización sea más precisa, se necesitan al menos tres pasarelas que reciban los paquetes. Un mayor número de pasarelas y una red más densa mejorarán la precisión y la capacidad de posicionamiento. Esto se debe a que cuando más pasarelas reciben el mismo paquete, el algoritmo del servidor obtiene más información, mejorando así la precisión de la geolocalización.
Se necesita una nueva generación de hardware dentro de la pasarela LoRa para calcular algunos parámetros utilizados en geolocalización, como la hora de llegada de alta precisión. Semtech creó un diseño de referencia para la nueva versión de la pasarela a principios de 2016, que se implementó con éxito en muchas pasarelas. El diseño de referencia incluye las funciones de sellado de tiempo de alta calidad necesarias y está disponible para los socios de pasarela autorizados. Esto garantiza que las implantaciones de múltiples proveedores funcionen de forma coherente para proporcionar marcas de tiempo de alta calidad, lo que permite ofrecer servicios de geolocalización de la máxima calidad.
Es importante señalar que la geolocalización depende totalmente de la tecnología de la pasarela y la red, por lo que una vez que se actualice la pasarela, la funcionalidad de geolocalización estará disponible para todos los dispositivos.
Semtech también proporciona un programa solucionador de geolocalización. El solucionador general no es una aplicación dedicada y es independiente del nodo final, lo que supone un buen punto de partida para los servicios de geolocalización LoRa. Además, se ha definido una API que permite a los integradores de sistemas utilizar algoritmos de resolución de terceros que pueden mejorar la precisión de posición disponible. A través de este modelo abierto, Semtech fomenta la innovación y el desarrollo de tecnología de solución para garantizar la mejora continua de la geolocalización basada en LoRaWAN.
Cuando un paquete llega a la pasarela, ésta no sabe de qué dispositivo final procede. Por tanto, la pasarela marca la hora de cada paquete recibido y lo reenvía al servidor. Como el acceso a los servicios de geolocalización es valioso, estas marcas de tiempo se protegen mediante encriptación en la pasarela. La marca de tiempo se transmite al servidor de red y Semtech autoriza la función de descifrado al proveedor de servicios de red. El proveedor del servidor de red puede descifrar los datos en función del nivel de servicio suscrito.
Una de las mayores dificultades para ofrecer una buena localización es reducir la transmisión multitrayecto. Como se muestra en la figura siguiente, algunos paquetes de datos van directamente a la pasarela, otros no, pero tienen una señal reflejada, y otros presentan ambas situaciones. Para reducir la transmisión multitrayecto utilizando más paquetes de datos se pueden emplear más canales, más pasarelas, más antenas y técnicas de aprendizaje automático o estadísticas.
2. Características del posicionamiento LoRa
La geolocalización LoRa es una solución sin GPS para redes de área extensa de baja potencia. Como importante mejora de la plataforma inalámbrica de radiofrecuencia LoRa, la solución de geolocalización LoRa de Semtech permitirá aplicaciones que requieran la determinación de la ubicación como parte de una solución global.
Esta nueva capacidad es compatible con los nodos finales LoRa existentes, lo que elimina costes adicionales y no requiere potencia de procesamiento adicional, al tiempo que mantiene una seguridad óptima de los datos y la ubicación.
Los sensores LoRaWAN™ ahora pueden admitir aplicaciones de seguimiento mediante el uso de la tecnología de diferencia de tiempo de llegada para determinar la ubicación de proximidad.
menor consumo de energía
- Sin procesamiento de tareas de posición en el sensor
- No se necesita "tiempo aire" para enviar datos de localización
- Posibilidad de utilizar los paquetes LoRaWAN más pequeños posibles para la geolocalización
menor coste
- Sin GNSS ni otro hardware en el sensor
- Batería más pequeña ya que la energía del sensor no se utiliza para obtener la posición
- Tamaño mínimo, incluidos los componentes electrónicos, la batería y la carcasa
impacto medioambiental mínimo
- Minimizar el hardware del sensor (incluidos los componentes electrónicos, la batería, el tamaño de la carcasa, etc.)
- Muchos sensores vienen con una batería de por vida
3. Parámetros controlables del posicionamiento LoRa
Diversidad de frecuencias: Al repetir un mensaje en todos los canales disponibles, los resultados de geolocalización mejoran en 50% de media. Un nodo final estático que trabaje en una red de 8 canales mejorará sus resultados en 50% enviando 8 paquetes en 8 canales diferentes.
La forma de la malla de gateway de despliegue. El impacto de la malla de despliegue de la pasarela es de aproximadamente 25%. Una malla fina y larga tendrá un rendimiento 25% peor que una malla cuadrada. Por tanto, el despliegue de la red debe centrarse en la medida de lo posible en desplegar las pasarelas en un patrón cuadrado.
Diversidad de pasarelas: En general, cuantas más pasarelas reciban la señal, más precisos serán los resultados. Sin embargo, a partir de 6 pasarelas, la mejora de la geolocalización empieza a ser menos perceptible. Entre 3 y 4 pasarelas, la mejora es de aproximadamente 25%, y a partir de 4 pasarelas la mejora de la localización geográfica empieza a disminuir.
La diversidad de antenas afecta más a las señales más débiles. Así, si un dispositivo se encuentra en una posición con buena recepción en 3 pasarelas, al añadir una 4ª pasarela débil, la diversidad de antena normalmente cambiará los paquetes recibidos en la 4ª pasarela de no disponibles a disponibles. En este caso, puede proporcionar una mejora de localización de 25%.
Esta es la introducción pertinente sobre " Posicionamiento LoRa "Espero que le sea útil. LoRa es una de las tecnologías de comunicación LPWAN. Se trata de una solución de transmisión inalámbrica de ultra larga distancia basada en la tecnología de espectro ensanchado adoptada y promovida por la empresa estadounidense Semtech. Esta solución cambia el anterior equilibrio entre la distancia de transmisión y el consumo de energía, proporcionando a los usuarios un sistema sencillo que puede lograr una larga distancia, una larga duración de la batería y una gran capacidad, ampliando así la red de sensores. En la actualidad, LoRa opera principalmente en bandas de frecuencia libres de todo el mundo, como 433, 868, 915 MHz, etc.