Como a LoRa alcança o posicionamento? Como uma tecnologia sem fio de banda estreita, a LoRa usa a diferença de tempo de chegada (TDOA) para alcançar o posicionamento geográfico. De acordo com a Machina Research, haverá mais de 1,5 bilhão de dispositivos conectados na Internet das Coisas até o final de 2020. Cerca de um terço destes dispositivos dependerá fortemente de dados geográficos, e 60% das aplicações incluirão provavelmente dados geográficos. Especialmente algumas aplicações, como a localização de activos. Vejamos como é implementado.
1. Princípio de posicionamento LoRa
Para compreender como Posicionamento LoRa é necessário analisar as etapas de transmissão de dados do nó final para o servidor. A premissa de Posicionamento LoRa é que todas as estações de base ou gateways partilham uma base temporal comum, o que é muito importante.
Quando qualquer dispositivo terminal LoRaWAN envia um pacote de dados, ele será recebido por todos os gateways dentro do alcance da rede, e cada pacote será reportado ao servidor da rede. Todos os gateways são iguais, eles recebem sinais em todas as taxas de dados em todos os canais o tempo todo. Isso significa que não há sobrecarga para os dispositivos finais LoRa, pois eles não precisam escanear e se conectar a um gateway específico. O sensor simplesmente acorda, envia um pacote e todos os gateways dentro do alcance da rede podem recebê-lo.
Todos os gateways enviam os mesmos pacotes que recebem para o servidor de rede, capturando tempos de chegada de alta precisão usando hardware e software especializados incorporados na última geração de gateways. Os algoritmos no lado do servidor de rede comparam o tempo de chegada, a intensidade do sinal, a relação sinal/ruído e outros parâmetros para calcular a localização mais provável do nó final. No futuro, aguardamos com expetativa a tecnologia híbrida de fusão de dados e a melhoria da correspondência de mapas para melhorar as diferenças de tempo de chegada e aumentar a precisão do posicionamento.
Para que a geolocalização seja mais exacta, são necessárias pelo menos três gateways para receber os pacotes. Mais gateways e uma rede mais densa melhorarão a precisão e a capacidade de posicionamento. Isto porque, quando mais gateways recebem o mesmo pacote, o algoritmo do servidor obtém mais informações, melhorando assim a precisão da geolocalização.
Uma nova geração de hardware é necessária dentro do gateway LoRa para calcular alguns parâmetros usados na geolocalização, como o tempo de chegada de alta precisão. A Semtech criou um projeto de referência para a nova versão do gateway no início de 2016, que foi implementado com sucesso em muitos gateways. O design de referência inclui os recursos de carimbo de data/hora de alta qualidade necessários e está disponível para parceiros de gateway autorizados. Isso garante que as implantações de vários fornecedores funcionem de forma consistente para fornecer carimbos de data/hora de alta qualidade, permitindo serviços de geolocalização da mais alta qualidade.
É importante notar que a geolocalização depende inteiramente da tecnologia de gateway e de rede, por isso, assim que o gateway for atualizado, a funcionalidade de geolocalização estará disponível para todos os dispositivos
A Semtech também fornece um programa solucionador de geolocalização. O solucionador geral não é uma aplicação dedicada e é independente do nó final, o que proporciona um bom começo para os serviços de geolocalização LoRa. Além disso, foi definida uma API que permite aos integradores de sistemas usar algoritmos de solução de terceiros que podem melhorar a precisão da posição disponível. Por meio desse modelo aberto, a Semtech incentiva a inovação e o desenvolvimento de tecnologia de soluções para garantir a melhoria contínua da geolocalização baseada em LoRaWAN.
Quando um pacote chega ao gateway, ele não sabe de qual dispositivo final o pacote veio. Por conseguinte, a gateway regista o tempo de cada pacote recebido e encaminha-o para o servidor. Como o acesso aos serviços de geolocalização é valioso, estes carimbos de data/hora são protegidos por encriptação na gateway. O carimbo de data/hora é transmitido para o servidor de rede e a Semtech autoriza a função de desencriptação ao fornecedor de serviços de rede. O fornecedor do servidor Web pode desencriptar os dados em função do nível de serviço subscrito.
Uma das maiores dificuldades em fornecer uma boa localização é reduzir a transmissão multipercurso. Como mostra a figura abaixo, alguns pacotes de dados vão diretamente para o gateway, outros não vão mas têm um sinal refletido e outros têm ambas as situações. A redução da transmissão multipercurso através da utilização de mais transmissões de pacotes pode ser efectuada através de mais canais, mais gateways, mais antenas e utilizando técnicas de aprendizagem automática ou estatísticas.
2. Caraterísticas do posicionamento LoRa
A geolocalização LoRa é uma solução sem GPS para redes de área ampla de baixa potência. Como um importante aprimoramento da plataforma de RF sem fio LoRa, a solução de geolocalização LoRa da Semtech permitirá aplicações que exigem determinação de localização como parte de uma solução geral.
Esta nova capacidade é suportada pelos nós finais LoRa existentes, eliminando custos adicionais e não necessitando de potência de processamento adicional, mantendo uma segurança óptima dos dados e da localização.
Os sensores LoRaWAN™ podem agora suportar aplicações de localização, utilizando a tecnologia de diferença de tempo de chegada para determinar a localização da proximidade.
menor consumo de energia
- Não há processamento de tarefas de posição no sensor
- Não é necessário "tempo de antena" para enviar dados de localização
- Possibilidade de utilizar os pacotes LoRaWAN mais pequenos possíveis para a geolocalização
custo mais baixo
- Sem GNSS ou outro hardware no sensor
- Bateria mais pequena, uma vez que a energia do sensor não é utilizada para obter a posição
- Tamanho mínimo, incluindo componentes electrónicos, bateria e caixa
impacto ambiental mínimo
- Minimizar o hardware do sensor (incluindo peças electrónicas, bateria, tamanho da caixa, etc.)
- Muitos sensores são fornecidos com uma bateria vitalícia
3. Parâmetros controláveis do posicionamento LoRa
Diversidade de frequência: Ao repetir uma mensagem em todos os canais disponíveis, os resultados da geolocalização são melhorados em 50% em média. Um nó final estático a trabalhar numa rede de 8 canais melhorará os seus resultados em 50% enviando 8 pacotes em 8 canais diferentes.
A forma da malha de implantação da gateway. O impacto da grelha de implantação da porta de ligação é de cerca de 25%. Uma malha longa e fina terá um desempenho 25% pior do que uma malha quadrada. Por conseguinte, a implantação da rede deve centrar-se, tanto quanto possível, na implantação de gateways num padrão quadrado.
Diversidade de gateways: De um modo geral, quanto mais gateways receberem o sinal, mais precisos serão os resultados. No entanto, a partir de 6 gateways, as melhorias na geolocalização começam a tornar-se menos perceptíveis. Com 3 a 4 gateways, há uma melhoria de cerca de 25% e, para além de 4 gateways, a melhoria da localização geográfica começa a diminuir.
A diversidade de antenas afecta mais os sinais mais fracos. Assim, se um dispositivo estiver numa posição com boa receção em 3 gateways, adicionando um 4º gateway fraco, a diversidade de antenas irá normalmente alterar os pacotes recebidos no 4º gateway de indisponíveis para disponíveis. Neste caso, pode proporcionar uma melhoria de localização de 25%.
O texto acima constitui a introdução relevante sobre " Posicionamento LoRa ", espero que seja útil para si! LoRa é uma das tecnologias de comunicação LPWAN. É uma solução de transmissão sem fios de ultra-longa distância baseada na tecnologia de espetro alargado adoptada e promovida pela American Semtech Company. Esta solução altera o compromisso anterior entre a distância de transmissão e o consumo de energia, proporcionando aos utilizadores um sistema simples que pode alcançar uma longa distância, uma longa duração da bateria e uma grande capacidade, expandindo assim a rede de sensores. Atualmente, o LoRa funciona principalmente em bandas de frequência livres em todo o mundo, incluindo 433, 868, 915 MHz, etc.