Hoe bereikt LoRa positionering? Als draadloze smalbandtechnologie maakt LoRa gebruik van TDOA (Time Difference of Arrival) om geografische positionering te bereiken. Volgens Machina Research zullen er eind 2020 meer dan 1,5 miljard verbonden apparaten zijn in het internet der dingen. Ongeveer een derde daarvan zal sterk afhankelijk zijn van geografische gegevens en 60% van de toepassingen zal waarschijnlijk geografische gegevens bevatten. Vooral sommige toepassingen zoals het traceren van bedrijfsmiddelen. Laten we eens kijken hoe dit wordt geïmplementeerd.
1. LoRa positioneringsprincipe
Begrijpen hoe LoRa positionering werkt, is het noodzakelijk om te kijken naar de stappen van gegevensoverdracht van het eindknooppunt naar de server. De vooronderstelling van LoRa positionering is dat alle basisstations of gateways een gemeenschappelijke tijdbasis delen, wat erg belangrijk 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.
2. Kenmerken van LoRa-positionering
LoRa Geolocation is een GPS-loze oplossing voor low power wide area netwerken. Als een belangrijke verbetering van de LoRa draadloze RF-platform, zal Semtech's LoRa geolocatie oplossing in staat stellen toepassingen die locatiebepaling als onderdeel van een algemene oplossing.
Deze nieuwe mogelijkheid wordt ondersteund door bestaande LoRa-eindknooppunten, waardoor extra kosten wegvallen en er geen extra rekenkracht nodig is, terwijl gegevens en locatie optimaal beveiligd blijven.
LoRaWAN™-sensoren kunnen nu trackingtoepassingen ondersteunen door gebruik te maken van tijdsverschil van aankomsttechnologie om de locatie van nabijheid te bepalen.
Laagste energieverbruik
- Geen verwerking van positietaken in de sensor
- Geen "zendtijd" nodig om locatiegegevens te verzenden
- Mogelijkheid om de kleinst mogelijke LoRaWAN-pakketten te gebruiken voor geolocatie
laagste prijs
- Geen GNSS of andere hardware in de sensor
- Kleinere batterij omdat sensorvermogen niet wordt gebruikt om de positie te bepalen
- Minimumafmetingen, inclusief elektronica, batterij, behuizing
minimale impact op het milieu
- Minimaliseer de sensorhardware (inclusief elektronische onderdelen, batterij, grootte van behuizing, enz.)
- Veel sensoren worden geleverd met een levenslange batterij
3. Regelbare parameters van LoRa-positionering
Frequentiediversiteit: Door een bericht op alle beschikbare kanalen te herhalen, worden de geolocatieresultaten gemiddeld met 50% verbeterd. Een statisch eindknooppunt dat werkt op een netwerk met 8 kanalen zal zijn resultaten met 50% verbeteren door 8 pakketten op 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.
Gateway-diversiteit: Over het algemeen geldt: hoe meer gateways het signaal ontvangen, hoe nauwkeuriger de resultaten. Boven 6 gateways worden de verbeteringen voor geolocatie echter minder merkbaar. Bij 3 tot 4 gateways is er ongeveer een verbetering van 25%, en voorbij 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.
Het bovenstaande is de relevante inleiding over " LoRa-positionering "Ik hoop dat je er iets aan hebt! LoRa is een van de LPWAN-communicatietechnologieën. Het is een draadloze transmissieoplossing voor ultra-lange afstanden, gebaseerd op spread spectrum-technologie die is ontwikkeld en gepromoot door het Amerikaanse Semtech Company. Deze oplossing verandert de eerdere afweging tussen transmissieafstand en stroomverbruik en biedt gebruikers een eenvoudig systeem dat lange afstanden, een lange levensduur van de batterij en een grote capaciteit kan bereiken, waardoor het sensornetwerk wordt uitgebreid. Momenteel werkt LoRa voornamelijk in vrije frequentiebanden over de hele wereld, waaronder 433, 868, 915 MHz, enz.