Hoe werkt de positiebepaling bij LoRa? LoRa maakt gebruik van Time Difference of Arrival (TDOA) om de geografische positie te bepalen.
Een technologie op basis van LORA-positionering, bestaande uit een informatieoverdrachtssysteem, een netwerktransmissiesysteem en een informatieverwerkingssysteem, gekenmerkt doordat het uitgangseinde van het informatieoverdrachtssysteem is verbonden met het ingangseinde van het netwerktransmissiesysteem, en het uitgangseinde van het netwerktransmissiesysteem is verbonden met het ingangseinde van het informatieverwerkingssysteem, het informatieoverdrachtssysteem omvat een baken, een GPS-satelliet, een basisstation, een LORA-tag en een LORA-lokaal netwerk, waarbij de ingang van het baken, de GPS-satelliet en het basisstation is verbonden met de ingang van de LORA-tag. Het uitgangseinde van de LORA-tag is verbonden met het ingangseinde van het LORA-regionaal netwerk. Het netwerktransmissiesysteem omvat een LORA-gateway, een netwerkverbinding en een wide area network. Het uitgangseinde van de LORA-gateway is verbonden met het ingangseinde van de netwerkverbinding. De opstelling van Beacon-bakens, GPS-satellieten en basissignaalmasten in de onderhavige uitvinding maakt het systeem nauwkeuriger bij het lokaliseren van personeel en heeft een breder toepassingsgebied, waardoor de nauwkeurigheid van de personeelslokalisatie wordt gewaarborgd.
1. LoRa positioneringsprincipe
Om te begrijpen hoe LoRa-positiebepaling werkt, is het noodzakelijk om de stappen van de gegevensoverdracht van het eindknooppunt naar de server te bekijken. Het uitgangspunt van LoRa-positiebepaling is dat alle basisstations of gateways een gemeenschappelijke tijdbasis delen, wat van groot belang is.
Wanneer een LoRaWAN-eindapparaat een gegevenspakket verstuurt, wordt dit ontvangen door alle gateways binnen het netwerkbereik en elk pakket wordt gerapporteerd aan de netwerkserver. Alle gateways zijn hetzelfde, ze ontvangen altijd signalen met alle datasnelheden op alle kanalen. Dit betekent dat er geen overhead is voor LoRa eindapparaten omdat ze niet hoeven te scannen en te verbinden met een specifieke gateway. De sensor wordt gewoon wakker, stuurt een pakket en alle gateways binnen het netwerkbereik kunnen het ontvangen.
Alle gateways sturen dezelfde pakketten die ze ontvangen naar de netwerkserver en leggen zeer precieze aankomsttijden vast met behulp van gespecialiseerde hardware en software die in de nieuwste generatie gateways is ingebouwd. Algoritmes op de netwerkserver vergelijken aankomsttijd, signaalsterkte, signaal-ruisverhouding en andere parameters om de meest waarschijnlijke locatie van het eindknooppunt te berekenen. In de toekomst kijken we uit naar hybride gegevensfusietechnologie en verbetering van kaartmatching om aankomsttijdverschillen te verbeteren en de positioneringsnauwkeurigheid te verhogen.
Om de geolocatie nauwkeuriger te maken, zijn er minstens drie gateways nodig om de pakketten te ontvangen. Meer gateways en een dichter netwerk verbeteren de positioneringsnauwkeurigheid en -capaciteit. Dit komt omdat wanneer meer gateways hetzelfde pakket ontvangen, het serveralgoritme meer informatie krijgt, waardoor de nauwkeurigheid van de geolocatie verbetert.
Er is een nieuwe generatie hardware nodig in de LoRa gateway om een aantal parameters te berekenen die worden gebruikt bij geolocatie, zoals een zeer nauwkeurige aankomsttijd. Semtech heeft begin 2016 een referentieontwerp gemaakt voor de nieuwe versie van de gateway, die met succes in veel gateways is geïmplementeerd. Het referentieontwerp bevat de vereiste hoogwaardige timestamping-mogelijkheden en is beschikbaar voor geautoriseerde gateway-partners. Dit zorgt ervoor dat implementaties door meerdere leveranciers consistent werken om tijdstempels van hoge kwaliteit te leveren, waardoor geolocatiediensten van de hoogste kwaliteit mogelijk worden.
Het is belangrijk op te merken dat geolocatie volledig afhankelijk is van gateway- en netwerktechnologie, dus zodra de gateway is geüpgraded, zal de geolocatiefunctionaliteit beschikbaar zijn voor alle apparaten.
Semtech levert ook een geolocatie solver programma. De algemene solver is geen speciale toepassing en is onafhankelijk van het eindknooppunt, wat een goed begin is voor LoRa-geolocatiediensten. Bovendien is er een API gedefinieerd waarmee systeemintegrators oplossingsalgoritmen van derden kunnen gebruiken die de beschikbare positienauwkeurigheid kunnen verbeteren. Door dit open model moedigt Semtech innovatie en ontwikkeling van oplossingstechnologie aan om te zorgen voor voortdurende verbetering van LoRaWAN-gebaseerde geolocatie.
Wanneer een pakket de gateway bereikt, weet deze niet van welk eindapparaat het pakket kwam. Daarom stempelt de gateway elk ontvangen pakket en stuurt het door naar de server. Omdat toegang tot geolocatiediensten waardevol is, worden deze tijdstempels beschermd via encryptie in de gateway. De tijdstempel wordt doorgestuurd naar de netwerkserver en Semtech geeft de decoderingsfunctie door aan de netwerkserviceprovider. De webserverprovider kan de gegevens ontsleutelen, afhankelijk van het serviceniveau waarop men geabonneerd is.
Een van de grootste problemen bij het bieden van een goede locatie is het verminderen van multipad transmissie. Zoals te zien is in de onderstaande figuur, gaan sommige datapakketten direct naar de gateway, sommige datapakketten niet maar hebben een gereflecteerd signaal en andere datapakketten hebben beide situaties. Het verminderen van multipad transmissie door meer pakket transmissies te gebruiken kan door middel van meer kanalen, meer gateways, meer antennes en het gebruik van machine learning of statistische technieken.
De op LORA-positionering gebaseerde technologie omvat een informatieoverdrachtssysteem, een netwerktransmissiesysteem en een informatieverwerkingssysteem. Het wordt gekenmerkt doordat de uitgang van het informatieoverdrachtssysteem is verbonden met de ingang van het netwerktransmissiesysteem, en de uitgang van het netwerktransmissiesysteem is verbonden met het informatieverwerkingssysteem. Het ingangseinde van het verwerkingssysteem is aangesloten. Het systeem voor het verzenden van informatie omvat een Beacon-baken, een GPS-satelliet, een basissignaalzender, een LORA-tag en een LORA-gebiedsnetwerk. De ingang van het baken, de GPS-satelliet en de basissignaalzender is verbonden met LORA. De ingang van de tag is aangesloten, en de uitgang van de LORA-tag is verbonden met de ingang van het LORA-netwerk;
Het netwerktransmissiesysteem bestaat uit een LoRa-gateway, een netwerkverbinding en een wide area network. Het uitgangseinde van de LoRa-gateway is aangesloten op het ingangseinde van de netwerkverbinding. Het uitgangseinde van de netwerkverbinding is verbonden met het ingangseinde van het wide area network. Het informatieverwerkingssysteem omvat een beheersysteem, een server, een cloudnetwerkserver, een beheerclient en een mobiele beheerclient;
2. Instelbare parameters voor LoRa-positiebepaling
Frequentiediversiteit:
Door een bericht herhaaldelijk via alle beschikbare kanalen te verzenden, verbeterden de geolocatie-resultaten gemiddeld met 50%. Een statisch eindknooppunt dat op een netwerk met 8 kanalen werkt, zal zijn resultaten met 50% verbeteren door 8 pakketten via 8 verschillende kanalen te verzenden.
De vorm van het inzet gateway-netwerk. De impact van het inzetgatewaynetwerk is ongeveer 25%. Een lang fijn netwerk zal 25% slechter presteren dan een vierkant netwerk. Daarom moet de netwerkimplementatie zoveel mogelijk gericht zijn op het inzetten van gateways in een vierkant patroon.
Diversiteit bij toegangspunten:
Over het algemeen geldt: hoe meer gateways het signaal ontvangen, hoe nauwkeuriger de resultaten. Bij meer dan 6 gateways wordt de verbetering van de geolocatie echter steeds minder merkbaar. Bij 3 tot 4 gateways is er een verbetering van ongeveer 25%, en bij meer dan 4 gateways begint de verbetering van de geografische locatie af te nemen.
Antennediversiteit heeft de meeste invloed op de zwakste signalen. Dus als een apparaat zich in een positie bevindt met goede ontvangst op 3 gateways en er een zwakke 4e gateway wordt toegevoegd, zal de antennediversiteit de pakketten die op de 4e gateway worden ontvangen meestal veranderen van onbeschikbaar naar beschikbaar. In dit geval kan het een locatieverbetering van 25% opleveren.
1. Het uitgangseinde van het LORA-lokaal netwerk is aangesloten op het ingangseinde van de LORA-gateway, en het uitgangseinde van het wide area network is respectievelijk aangesloten op het ingangseinde van de beheerserver, de cloudnetwerkserver, de beheerclient en de mobiele beheerclient.
2. Een technologie op basis van LORA-positionering volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat de uitgangsaansluitingen van het baken, de GPS-satelliet en de basissignaalzender, alsmede de ingangsaansluiting van de LORA-tag, allemaal draadloos met elkaar zijn verbonden.
3. Een technologie op basis van LORA-positionering volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat de LORA-tag om de pols van het menselijk lichaam wordt gedragen.
4. Een technologie op basis van LORA-positionering volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat het uitgangseinde van de LORA-gateway en het ingangseinde van de netwerkverbinding draadloze netwerkverbindingen zijn.
5. Een technologie op basis van LORA-positionering volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat het uitgangseinde van de beheerclient is verbonden met het ingangseinde van de cloudnetwerkserver.
6. Een technologie op basis van LORA-positionering volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat de mobiele beheerclient een mobiele telefoon met touchscreen is.
7. Een technologie op basis van LORA-positionering volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat het informatieverwerkingssysteem is voorzien van een bewakingscentrum en de uitgang van het bewakingscentrum is verbonden met de ingang van de beheerserver.
Trefwoorden: lora
