Comment LoRa parvient-il à se positionner ? En tant que technologie sans fil à bande étroite, LoRa utilise la différence de temps d'arrivée (TDOA) pour réaliser le positionnement géographique. Selon Machina Research, l'internet des objets comptera plus de 1,5 milliard d'appareils connectés d'ici à la fin de 2020. Environ un tiers d'entre eux s'appuieront fortement sur des données géographiques, et 60% des applications incluront probablement des données géographiques. En particulier certaines applications telles que le suivi des actifs. Voyons comment cela est mis en œuvre.
1. Principe de positionnement LoRa
Comprendre comment Positionnement LoRa il est nécessaire d'examiner les étapes de la transmission des données entre le nœud final et le serveur. Le principe de Positionnement LoRa est que toutes les stations de base ou passerelles partagent une base de temps commune, ce qui est très important.
Lorsqu'un terminal LoRaWAN envoie un paquet de données, il est reçu par toutes les passerelles situées dans le rayon d'action du réseau, et chaque paquet est signalé au serveur du réseau. Toutes les passerelles sont identiques, elles reçoivent des signaux à tous les débits de données sur tous les canaux, en permanence. Cela signifie qu'il n'y a pas de surcharge pour les appareils finaux LoRa puisqu'ils n'ont pas besoin de scanner et de se connecter à une passerelle spécifique. Le capteur se réveille simplement, envoie un paquet et toutes les passerelles situées dans le rayon d'action du réseau peuvent le recevoir.
Toutes les passerelles envoient les mêmes paquets qu'elles reçoivent au serveur du réseau, capturant les heures d'arrivée avec une grande précision à l'aide de matériel et de logiciels spécialisés intégrés dans la dernière génération de passerelles. Les algorithmes du serveur du réseau comparent l'heure d'arrivée, la force du signal, le rapport signal/bruit et d'autres paramètres pour calculer l'emplacement le plus probable du nœud final. À l'avenir, nous espérons que la technologie de fusion des données hybrides et l'amélioration de la correspondance des cartes permettront de réduire les différences de temps d'arrivée et d'améliorer la précision du positionnement.
Pour que la géolocalisation soit plus précise, il faut au moins trois passerelles pour recevoir les paquets. Un plus grand nombre de passerelles et un réseau plus dense améliorent la précision et la capacité de positionnement. En effet, lorsque plusieurs passerelles reçoivent le même paquet, l'algorithme du serveur obtient davantage d'informations, ce qui améliore la précision de la géolocalisation.
Une nouvelle génération de matériel est nécessaire à l'intérieur de la passerelle LoRa pour calculer certains paramètres utilisés dans la géolocalisation, comme le temps d'arrivée de haute précision. Semtech a créé une conception de référence pour la nouvelle version de la passerelle début 2016, qui a été mise en œuvre avec succès dans de nombreuses passerelles. La conception de référence comprend les capacités d'horodatage de haute qualité requises et est disponible pour les partenaires autorisés de la passerelle. Cela garantit que les déploiements de plusieurs fournisseurs fonctionnent de manière cohérente pour fournir des horodatages de haute qualité, permettant ainsi des services de géolocalisation de la plus haute qualité.
Il est important de noter que la géolocalisation dépend entièrement de la technologie de la passerelle et du réseau. Une fois la passerelle mise à niveau, la fonctionnalité de géolocalisation sera disponible pour tous les appareils.
Semtech fournit également un programme de résolution de géolocalisation. Le solveur général n'est pas une application dédiée et est indépendant du nœud final, ce qui constitue un bon point de départ pour les services de géolocalisation LoRa. En outre, une API a été définie pour permettre aux intégrateurs de systèmes d'utiliser des algorithmes de résolution tiers susceptibles d'améliorer la précision de la position disponible. Grâce à ce modèle ouvert, Semtech encourage l'innovation et le développement de la technologie des solutions afin d'assurer l'amélioration continue de la géolocalisation basée sur LoRaWAN.
Lorsqu'un paquet atteint la passerelle, celle-ci ne sait pas de quel dispositif terminal il provient. Par conséquent, la passerelle horodate chaque paquet reçu et le transmet au serveur. L'accès aux services de géolocalisation étant précieux, ces horodatages sont protégés par cryptage au niveau de la passerelle. L'horodatage est transmis au serveur du réseau et Semtech autorise la fonction de décryptage au fournisseur de services du réseau. Le fournisseur du serveur web peut décrypter les données en fonction du niveau de service auquel il a souscrit.
L'une des plus grandes difficultés pour assurer une bonne localisation est de réduire la transmission par trajets multiples. Comme le montre la figure ci-dessous, certains paquets de données vont directement à la passerelle, d'autres non mais ont un signal réfléchi, et d'autres encore se trouvent dans les deux situations. La réduction de la transmission par trajets multiples par l'utilisation d'un plus grand nombre de transmissions de paquets peut se faire par le biais d'un plus grand nombre de canaux, de passerelles et d'antennes, et par l'utilisation de l'apprentissage automatique ou de techniques statistiques.
2. Caractéristiques du positionnement LoRa
La géolocalisation LoRa est une solution sans GPS pour les réseaux étendus à faible puissance. En tant qu'amélioration majeure de la plateforme RF sans fil LoRa, la solution de géolocalisation LoRa de Semtech permettra des applications nécessitant la détermination de l'emplacement dans le cadre d'une solution globale.
Cette nouvelle capacité est prise en charge par les nœuds finaux LoRa existants, ce qui élimine les coûts supplémentaires et ne nécessite pas de puissance de traitement supplémentaire, tout en maintenant une sécurité optimale des données et de la localisation.
Les capteurs LoRaWAN™ peuvent désormais prendre en charge les applications de suivi en utilisant la technologie de différence de temps d'arrivée pour déterminer l'emplacement de la proximité.
la plus faible consommation d'énergie
- Pas de traitement des tâches de positionnement dans le capteur
- Aucun temps d'antenne n'est nécessaire pour envoyer des données de localisation
- Possibilité d'utiliser les paquets LoRaWAN les plus petits possibles pour la géolocalisation.
coût le plus bas
- Pas de GNSS ni d'autre matériel dans le capteur
- Batterie plus petite car la puissance du capteur n'est pas utilisée pour obtenir la position.
- Taille minimale, y compris l'électronique, la batterie et le boîtier
un impact minimal sur l'environnement
- Minimiser le matériel du capteur (y compris les pièces électroniques, la batterie, la taille du boîtier, etc.)
- De nombreux capteurs sont livrés avec une batterie à vie
3. Paramètres contrôlables du positionnement LoRa
Diversité des fréquences : En répétant un message sur tous les canaux disponibles, les résultats de la géolocalisation sont améliorés de 50% en moyenne. Un nœud final statique travaillant sur un réseau à 8 canaux améliorera ses résultats de 50% en envoyant 8 paquets sur 8 canaux différents.
La forme de la grille de déploiement de la passerelle. L'impact de la grille de déploiement de la passerelle est d'environ 25%. Un long maillage fin aura des performances inférieures de 25% à celles d'un maillage carré. Par conséquent, le déploiement du réseau doit se concentrer autant que possible sur le déploiement des passerelles selon un modèle carré.
Diversité des passerelles : D'une manière générale, plus il y a de passerelles qui reçoivent le signal, plus les résultats sont précis. Toutefois, au-delà de 6 passerelles, les améliorations en matière de géolocalisation commencent à devenir moins perceptibles. Entre 3 et 4 passerelles, l'amélioration est d'environ 25%, et au-delà de 4 passerelles, l'amélioration de la géolocalisation commence à diminuer.
La diversité d'antenne affecte surtout les signaux les plus faibles. Ainsi, si un appareil se trouve dans une position où la réception est bonne sur trois passerelles et qu'il ajoute une quatrième passerelle faible, la diversité d'antenne fera généralement passer les paquets reçus sur la quatrième passerelle de la catégorie "indisponible" à la catégorie "disponible". Dans ce cas, elle peut améliorer la localisation de 25%.
Ce qui précède est l'introduction pertinente à propos de " Positionnement LoRa "J'espère qu'il vous sera utile ! LoRa est l'une des technologies de communication LPWAN. Il s'agit d'une solution de transmission sans fil à très longue distance basée sur la technologie du spectre étalé, adoptée et promue par la société américaine Semtech. Cette solution modifie le compromis précédent entre la distance de transmission et la consommation d'énergie, en fournissant aux utilisateurs un système simple qui peut atteindre une longue distance, une longue durée de vie de la batterie et une grande capacité, ce qui permet d'étendre le réseau de capteurs. Actuellement, LoRa fonctionne principalement dans des bandes de fréquences libres dans le monde entier, notamment 433, 868, 915 MHz, etc.