作(zuo)者(zhe)：江蘇(su)芮(rui)捷智能科技有限公司(si)
物聯網智庫 整理發布
提起定位技(ji)術(shu)，大家首先想到的可(ke)能(neng)是(shi)北斗或者GPS，其(qi)實藍牙iBeacon、WIFI、蜂窩基(ji)站(zhan)、UWB等也(ye)是(shi)市(shi)場上常用的定位技(ji)術(shu)，每種(zhong)方案都有其(qi)優缺點，有其(qi)適應的應用場景。
這當中，基于LoRa Edge的超低(di)功耗物聯網定(ding)位解決方案(an)也是可行思路之一。
本(ben)篇(pian)內容為(wei)芮捷的投(tou)稿，作為(wei)相關領(ling)域(yu)企業，該公(gong)司對(dui)其(qi)功耗和(he)定位精(jing)度方(fang)面進行了實(shi)測，給出一家(jia)之見。
當然，我們(men)也歡(huan)迎(ying)更多企業(ye)前來投(tou)稿(gao)(gao)，共話產(chan)業(ye)沉(chen)浮(fu)。投(tou)稿(gao)(gao)請加微(wei)信：15210870661。
何為LoRa Edge?
LoRa Edge?是 Semtech 推(tui)出的面(mian)向資產管理的產品組合，集成了超低(di)功耗的 LoRa? 收發(fa)器、全球導航衛星系統(tong)(GNSS)和 Wi-Fi 掃描(miao)技術。LoRa Edge 解決方案與基(ji)于云的定(ding)位(wei)(wei)服務(wu)相結(jie)合，創(chuang)建了一個(ge)獨特的系統(tong)架構，可以同時實現精(jing)準定(ding)位(wei)(wei)和低(di)功耗，并能(neng)夠提供覆蓋室(shi)內(WI-FI)和室(shi)外(GNSS)的定(ding)位(wei)(wei)能(neng)力(li)。
LoRa Edge。傳統的基于芯片的地理定位設備需要承載巨大的計算量，導致它們往往只有數周至數月的電池壽命。而 LoRa Edge 解決方案可以在定位設備和云平臺之間分配計算量，使設備可擁有長達數月甚至數年的電池壽命，因此更為適用于物聯網應用，包括工(gong)業(ye)、樓宇、家(jia)居、農業(ye)、交(jiao)通運輸和物流(liu)等許多領域。
LoRa Edge
LoRa Edge 能(neng)夠為戶(hu)外和室(shi)內應用(yong)提供(gong)超低(di)功耗地理(li)定(ding)位，典型精度(du)為10米(mi)-50米(mi)。在(zai)最佳條件(jian)下(xia)，GNSS 地理(li)定(ding)位或(huo)在(zai)開放環境中的(de)(de)性能(neng)可以(yi)達到5米(mi)精度(du);當室(shi)內AP指紋數據(ju)庫覆蓋良好時(shi)，Wi-Fi 地理(li)定(ding)位的(de)(de)性能(neng)甚至(zhi)(zhi)可以(yi)達到3米(mi)精度(du)。基于(yu)該系統(tong)的(de)(de)定(ding)位方案，可根據(ju)客戶(hu)端具體需求進行量身定(ding)制，其(qi)終端電池壽命可達到數月，乃至(zhi)(zhi)數年，采用(yong)芮捷的(de)(de)物(wu)聯網(wang)(wang)網(wang)(wang)關，可以(yi)以(yi)比較低(di)的(de)(de)成(cheng)本實現公有(you)網(wang)(wang)絡及私有(you)網(wang)(wang)融合實現室(shi)內外連續覆蓋。
基于(yu)LoRa Edge的定位解(jie)決方案產(chan)品
基于LoRa的(de)超低功耗室(shi)內外定位(wei)系(xi)統框(kuang)圖
LoRa Edge 系統里的(de)軟件部(bu)(bu)分(fen)(fen)是(shi)(shi)由(you) LoRa Cloud 來提(ti)供(gong)服(fu)務(wu)。LoRa Cloud 包(bao)含兩部(bu)(bu)分(fen)(fen)的(de)功能(neng)：一(yi)(yi)部(bu)(bu)分(fen)(fen)是(shi)(shi)提(ti)供(gong)地理定(ding)(ding)位的(de)處理器，LoRa Edge 負責(ze)地理定(ding)(ding)位，LoRa Cloud 則將(jiang)室內室外的(de)定(ding)(ding)位數據都通過(guo)云平臺(tai)完成計算分(fen)(fen)析;另一(yi)(yi)部(bu)(bu)分(fen)(fen)是(shi)(shi)提(ti)供(gong)關于數據管理、數據服(fu)務(wu)、調(diao)試(shi)解調(diao)器的(de)服(fu)務(wu)，并可將(jiang)其視為(wei)一(yi)(yi)個 SaaS 解決方案的(de)一(yi)(yi)部(bu)(bu)分(fen)(fen)功能(neng)。
此解決方案最大的(de)優勢與特點：
可以支持電池壽命極(ji)長、端對端、安全(quan)性強、經濟(ji)實惠的資產定(ding)位管理解決(jue)方(fang)案,如城市大型犬只、經常移(yi)動的資產、甚至冷鏈(lian)等(deng);
可(ke)以同(tong)時支持室內(nei)和室外定位(wei)應用;
能(neng)夠平(ping)衡性能(neng)、定位精度和低功耗，滿(man)足電(dian)池供(gong)電(dian)的設備長(chang)續航需求;
單芯(xin)片解決方(fang)案中集成 GNSS、Wi-Fi 和 LoRa 收發器來減少復雜度，降低產品體積和重量;
功耗比現有地理定位解決(jue)方案(an)(如(ru)北斗(dou)和GPS)低 10 倍;
使用高度安(an)全的(de)(de)硬件模塊預先配(pei)置安(an)全密(mi)鑰，不(bu)再需要(yao)昂貴的(de)(de)安(an)全配(pei)置流(liu)程或額(e)外的(de)(de)安(an)全硬件成本。
低功耗(hao)定位終端硬件框圖
可采用(yong)(yong)可充電鋰離(li)子電池供電，以降低產品體(ti)積和重量(liang)，也可采用(yong)(yong)鋰亞電池，達到長(chang)續航目標(biao);主控采用(yong)(yong)國產工業(ye)級處理(li)器，M0+內核，超低功耗(hao);無線采用(yong)(yong)Semtech LoRa Edge方案LR1110，功耗(hao)低，距(ju)離(li)遠(yuan)，抗(kang)干擾能力強。
芮捷使用嵌入(ru)式RTOS操作系統(tong)，多任務(wu)實時處理，內置看門狗保護機制，以及數據(ju)緩沖機制，工作穩(wen)定(ding)可靠。軟件(jian)可以參(can)考支持二次開發的LoRa模組，其SDK源碼(ma)路(lu)徑為：//gitee.com/rejeee/hl10sdk 或 //github.com/rejeee/hl10-sdk。
終端硬件堆疊示意圖
電(dian)路(lu)板堆疊尺寸最(zui)小可以做(zuo)到3*2.5cm，預留足夠的(de)空間給天線，天線最(zui)終形態根(gen)據產品結(jie)構評估設(she)計(ji)，最(zui)終做(zuo)到功耗和(he)性能以及產品體積的(de)平衡。
基于LoRa Edge產品的功耗和定位精度基傳輸距(ju)離實測(ce)(部分(fen)測(ce)試(shi)數據(ju)引用Semtech測(ce)試(shi)數據(ju))
那么(me)采用LoRa Edge技術的(de)定位(wei)產品，其功耗和定位(wei)精度能達到多少(shao)呢，下面我們看一組實測(ce)數據。
基于WIFI位置掃描功耗(hao)
執行(xing)一次WIFI位置信息掃描，然后(hou)以LoRa發送數據，一年(nian)消耗功耗：2.20324365*12(5分鐘一次)=231,579uAh=231mAh。
基于WIFI的位置(zhi)掃描功耗測(ce)試結果(guo)
GNSS位置掃描 2*NVA
執行 GNSS scan 命令并通過 LoRaWAN 上傳結果(guo)掃(sao)描(miao)結果(guo)，這里做(zuo)了 2 次(ci)掃(sao)描(miao)，一年消耗功耗：17.0324365*12(5分鐘一次(ci))=1,790,193uAh=1790mAh。19Ah的一節ER34615電池可以使用10年。
GNSS位置掃描功耗測試結果(2*NAV)
GNSS位置多次掃描
執行 GNSS scan 命令并(bing)通過 LoRaWAN 上傳結果。這(zhe)里做了(le) 4 次(ci)掃描。年消耗功耗：33.93924365*12(5分鐘一(yi)次(ci))=3,567,667uAh=3567mAh。一(yi)節(jie)19Ah的ER34615電池可以使用5年。
GNSS位置4次掃描功耗測試結果
下面我們來看(kan)一(yi)下定位精度的實測(ce)數據。
窗外半開闊地實測
我們將定位(wei)終(zhong)端放到窗外，位(wei)置(zhi)參照(zhao)上圖。
窗外半開闊地定位精度測試結果
半開闊地定位精度
GNSS衛(wei)(wei)星掃描(miao): 2 NAV* vs 4 NAV， 2 NAV 指(zhi)搜(sou)集兩個導航(hang)衛(wei)(wei)星信息再一次性發送(song)，4 NAV 同(tong)理。半開闊地做4次衛(wei)(wei)星定位(wei)掃描(miao)，精度約在20~50米。
半開闊空間測試
我們接下來看看半開(kai)闊(kuo)空間(jian)，周圍有建筑物的場景。
半開闊空間測試結果
半開闊空間執行GNSS衛星(xing)掃(sao)描 (4 NAV) vs WiFi 掃(sao)描 (5 MAC)的測試結(jie)果。
半開闊空間精度
下面我們看一下全開闊空間的(de)情況(kuang)。
全開闊空間測試
同樣執行GNSS 衛星掃描(miao)(miao) (4 NAV) 和 WiFi掃描(miao)(miao) (5 MAC)。
全開闊空間精度測試結果
全開闊空間GNSS衛星定位(wei)精度(du)明顯高于WIFI定位(wei)精度(du)。
全開闊空間精度測試結果
采用(yong)LoRa Edge定 位(wei) 的 功耗 主 要 由 兩(liang) 部 分 組 成 —— GNSS (或 WiFi ) 掃 描(miao) 及 LoRaWAN 數(shu)據(ju)傳輸，4*NAV 可(ke)以搜索到(dao)更多(duo)的衛星，從(cong)而得到(dao)更好(hao)的精度，但(dan)代(dai)價是(shi)功耗也相(xiang)應更高(gao)。
WiFi 定(ding)(ding)位(wei)和 GNSS 定(ding)(ding)位(wei)適(shi)用(yong)于不同的環境(jing)。室內/半室外(wai)環境(jing)，可(ke)搜索的 AP 較多(duo)，WiFi 定(ding)(ding)位(wei)更(geng)合(he)適(shi);而全(quan)室外(wai)環境(jing)，可(ke)搜索的衛星較多(duo)， GNSS 更(geng)合(he)適(shi)。實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)項目中(zhong)我們可(ke)以(yi)結合(he)使用(yong)，以(yi)獲取最佳定(ding)(ding)位(wei)效果。
下面我(wo)們也(ye)看下基于擴頻因子(zi)SF9(非最遠通信距離(li))的(de)(de)實(shi)測距離(li)，終端我(wo)們選(xuan)用了一款帶電池的(de)(de)內置天線，在城(cheng)區(qu)環境的(de)(de)測試(shi)結果。
LoRa定位通信距離測試
在通信距離(li)測試時選(xuan)用了芮捷的一款內置天線的拉力傳感器(//doc.rejeee.com/web/#/29?page_id=424 )，最大發射功(gong)率(lv)22dBm。
LoRa定位通信距離測試
網關放置于20樓(lou)的窗戶(hu)邊，傳感器沿著馬路邊進行拉距測試。
LoRa定位通信距離測試
LoRa的遠(yuan)距(ju)離通(tong)信性能(neng)已(yi)經被大家(jia)所(suo)熟知，更多通(tong)信距(ju)離的實測(ce)場(chang)景可以參考：低功耗遠(yuan)距(ju)離LoRaWAN通(tong)信網關山區環境覆蓋距(ju)離實測(ce)。
基于4G CAT1的資產定位方案的優勢與不足
CAT1由于價格(ge)持續走低(di)，應(ying)用(yong)越(yue)來越(yue)廣泛，其(qi)用(yong)于資產定位有(you)比(bi)較(jiao)大(da)的一(yi)些優勢，譬如有(you)運營商網(wang)絡支撐(cheng)，生態(tai)比(bi)較(jiao)完善，廠家(jia)眾多，選擇(ze)余地比(bi)較(jiao)大(da)，在有(you)外(wai)供(gong)電的場景下(xia)，是(shi)非常適合(he)選用(yong)CAT1的。一(yi)旦選用(yong)電池(chi)供(gong)電，對產品(pin)尺(chi)寸(cun)體積(ji)都有(you)要(yao)求的情(qing)況下(xia)，采(cai)用(yong)LoRa低(di)功耗解(jie)決方(fang)案就很有(you)必要(yao)了，可以顯著的降(jiang)低(di)功耗，縮小體積(ji)，降(jiang)低(di)綜合(he)成本(ben)。
LoRa低功耗物聯網解決方案
芮捷創(chuang)立于2017年，以(yi)廣(guang)(guang)大(da)客戶(hu)的(de)物(wu)(wu)聯網(wang)(wang)應(ying)(ying)用(yong)需求(qiu)為(wei)導(dao)向(xiang)，以(yi)技術開發為(wei)核心(xin)驅動力，輔以(yi)優質的(de)供(gong)應(ying)(ying)商資源，立志(zhi)為(wei)客戶(hu)持續(xu)交(jiao)付好用(yong)、易用(yong)、可靠(kao)的(de)物(wu)(wu)聯網(wang)(wang)軟硬件產(chan)品與解(jie)決方(fang)案。經過(guo)近六(liu)年的(de)發展，公司以(yi)低(di)功(gong)耗(hao)廣(guang)(guang)域(yu)物(wu)(wu)聯網(wang)(wang)LoRa技術為(wei)主(zhu)(zhu)的(de)物(wu)(wu)聯網(wang)(wang)產(chan)品及(ji)解(jie)決方(fang)案已經獲(huo)得(de)廣(guang)(guang)大(da)客戶(hu)的(de)認可，并廣(guang)(guang)泛的(de)應(ying)(ying)用(yong)在工(gong)業、消防(fang)、農(nong)業、電力、化工(gong)等諸(zhu)多主(zhu)(zhu)流行業中。
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