作者(zhe)：江蘇芮(rui)捷(jie)智能科技有限公司
物聯網智庫 整理發布
提(ti)起定位技(ji)術，大(da)家首先(xian)想到的(de)可能是北斗(dou)或者(zhe)GPS，其實藍牙iBeacon、WIFI、蜂窩基(ji)站、UWB等也是市場(chang)上(shang)常用的(de)定位技(ji)術，每種方案都有(you)其優缺點，有(you)其適應(ying)的(de)應(ying)用場(chang)景。
這當中，基于LoRa Edge的超低功(gong)耗物(wu)聯網定位解決(jue)方(fang)案也是可行思路之(zhi)一。
本篇內容(rong)為芮捷的投(tou)稿，作為相(xiang)關領域企業，該公司對其功耗和定(ding)位精度(du)方(fang)面進(jin)行了(le)實測，給出(chu)一(yi)家之見。
當然(ran)，我(wo)們也歡迎更(geng)多企業前來投稿(gao)，共話產業沉浮(fu)。投稿(gao)請加(jia)微信：。
何為LoRa Edge?
LoRa Edge?是 Semtech 推出的(de)(de)面向(xiang)資產管理的(de)(de)產品組合，集(ji)成(cheng)了超低功(gong)耗的(de)(de) LoRa? 收發器、全(quan)球導航(hang)衛星系統(GNSS)和(he) Wi-Fi 掃描(miao)技術。LoRa Edge 解決(jue)方(fang)案與基于云的(de)(de)定(ding)位(wei)服務相結合，創(chuang)建了一個(ge)獨特的(de)(de)系統架構，可以同時實現(xian)精準定(ding)位(wei)和(he)低功(gong)耗，并能夠提(ti)供覆蓋(gai)室(shi)內(WI-FI)和(he)室(shi)外(wai)(GNSS)的(de)(de)定(ding)位(wei)能力。
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(kuo)工業、樓宇、家居、農業、交(jiao)通運輸(shu)和物流等許(xu)多(duo)領域。
LoRa Edge
LoRa Edge 能夠為(wei)戶外和(he)室(shi)內應用提供超低功耗地理定位，典型精度為(wei)10米-50米。在(zai)最(zui)佳條件下，GNSS 地理定位或在(zai)開放環境(jing)中的(de)性能可(ke)以(yi)達(da)到(dao)5米精度;當室(shi)內AP指紋數據庫(ku)覆蓋良好時，Wi-Fi 地理定位的(de)性能甚至(zhi)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)3米精度。基(ji)于該系(xi)統(tong)的(de)定位方案，可(ke)根據客戶端具體需求進行量身定制，其終(zhong)端電池壽(shou)命可(ke)達(da)到(dao)數月，乃至(zhi)數年，采(cai)用芮捷的(de)物聯網網關，可(ke)以(yi)以(yi)比較低的(de)成本實現(xian)公有(you)網絡及(ji)私有(you)網融(rong)合實現(xian)室(shi)內外連續覆蓋。
基于LoRa Edge的定位解決方案產品
基于LoRa的(de)超低功(gong)耗室內(nei)外定位系統框圖(tu)
LoRa Edge 系(xi)統里的軟(ruan)件部分是(shi)由 LoRa Cloud 來提(ti)供服務(wu)。LoRa Cloud 包含兩(liang)部分的功能：一(yi)部分是(shi)提(ti)供地理定(ding)位(wei)的處(chu)理器(qi)，LoRa Edge 負責地理定(ding)位(wei)，LoRa Cloud 則將(jiang)(jiang)室(shi)內室(shi)外(wai)的定(ding)位(wei)數據都通過云平(ping)臺(tai)完成計算(suan)分析;另(ling)一(yi)部分是(shi)提(ti)供關于數據管理、數據服務(wu)、調(diao)試解調(diao)器(qi)的服務(wu)，并可將(jiang)(jiang)其視為一(yi)個 SaaS 解決方案的一(yi)部分功能。
此解決方案最大的優勢與特(te)點(dian)：
可以支持(chi)電池壽命極(ji)長(chang)、端對端、安(an)全性(xing)強、經濟實惠(hui)的資產定位管理解決方(fang)案,如城市大型犬只、經常移動的資產、甚至冷鏈等;
可以(yi)同時(shi)支持室(shi)內和(he)室(shi)外定(ding)位(wei)應用;
能(neng)夠平衡性能(neng)、定位(wei)精度和(he)低功(gong)耗，滿足電池供電的設備長續航需求(qiu);
單芯片解(jie)決(jue)方案中集成 GNSS、Wi-Fi 和 LoRa 收發(fa)器(qi)來(lai)減少復雜度，降(jiang)低產品體(ti)積和重量;
功耗比(bi)現(xian)有地(di)理定(ding)位解決方(fang)案(如(ru)北斗和GPS)低 10 倍;
使(shi)用高度安(an)(an)全(quan)(quan)的硬件(jian)模塊預先配(pei)置(zhi)安(an)(an)全(quan)(quan)密鑰，不再需要昂貴的安(an)(an)全(quan)(quan)配(pei)置(zhi)流程或額外的安(an)(an)全(quan)(quan)硬件(jian)成本(ben)。
低功耗定(ding)位終端硬件框(kuang)圖
可采(cai)用可充電鋰離子電池供電，以降低產品體積和重量，也可采(cai)用鋰亞電池，達到長續航目標;主(zhu)控采(cai)用國(guo)產工業級處理器(qi)，M0+內核，超低功(gong)耗;無線采(cai)用Semtech LoRa Edge方案LR1110，功(gong)耗低，距離遠(yuan)，抗干擾能力強。
芮(rui)捷使用嵌入式(shi)RTOS操作系統，多(duo)任務實(shi)時(shi)處理，內置看門狗(gou)保護機制，以及數據緩沖機制，工作穩定可靠(kao)。軟(ruan)件(jian)可以參考支(zhi)持二(er)次開(kai)發的LoRa模組(zu)，其(qi)SDK源碼路徑為：//gitee.com/rejeee/hl10sdk 或 //github.com/rejeee/hl10-sdk。
終端硬件堆疊示意圖
電路板堆疊尺寸最小可以(yi)做到3*2.5cm，預留足夠的(de)空間給天(tian)線，天(tian)線最終形(xing)態根據產(chan)品結(jie)構評估(gu)設(she)計，最終做到功耗和性(xing)能以(yi)及產(chan)品體積(ji)的(de)平衡。
基(ji)于LoRa Edge產品的功耗和定位精度基(ji)傳(chuan)輸距離實測(ce)(部分測(ce)試數據引用(yong)Semtech測(ce)試數據)
那么采用LoRa Edge技術的定位產品(pin)，其功耗和定位精度能達到多(duo)少(shao)呢，下(xia)面我們(men)看一(yi)組實測(ce)數據。
基于WIFI位置掃描功耗
執行一次(ci)WIFI位(wei)置信息掃(sao)描(miao)，然(ran)后以LoRa發送(song)數據，一年消耗功耗：2.20324365*12(5分鐘(zhong)一次(ci))=231,579uAh=231mAh。
基于WIFI的位置掃描功耗(hao)測試結果
GNSS位置掃描 2*NVA
執行(xing) GNSS scan 命令(ling)并通(tong)過 LoRaWAN 上傳結(jie)(jie)果(guo)掃描(miao)結(jie)(jie)果(guo)，這(zhe)里做了 2 次(ci)掃描(miao)，一(yi)年消(xiao)耗功耗：17.0324365*12(5分鐘(zhong)一(yi)次(ci))=1,790,193uAh=1790mAh。19Ah的一(yi)節ER34615電(dian)池可以使(shi)用(yong)10年。
GNSS位置掃描功耗測試結果(2*NAV)
GNSS位置多次掃描
執(zhi)行 GNSS scan 命(ming)令并通過 LoRaWAN 上(shang)傳結果。這(zhe)里做了 4 次(ci)掃描。年消(xiao)耗(hao)功耗(hao)：33.93924365*12(5分鐘一(yi)次(ci))=3,567,667uAh=3567mAh。一(yi)節(jie)19Ah的ER34615電池(chi)可以使(shi)用5年。
GNSS位置4次掃描功耗測試結果
下(xia)面我們來看一下(xia)定位精度的實測數(shu)據。
窗外半開闊地實測
我們(men)將定位終端放到窗外，位置參照(zhao)上(shang)圖。
窗外半開闊地定位精度測試結果
半開闊地定位精度
GNSS衛星掃(sao)描: 2 NAV* vs 4 NAV， 2 NAV 指(zhi)搜集兩(liang)個導航衛星信息再一次性(xing)發送，4 NAV 同理(li)。半開闊(kuo)地做4次衛星定位掃(sao)描，精度約在20~50米(mi)。
半開闊空間測試
我們接下(xia)來(lai)看看半開(kai)闊空間(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(zhi)行GNSS衛(wei)星掃描 (4 NAV) vs WiFi 掃描 (5 MAC)的測試結果。
半開闊空間精度
下(xia)面(mian)我們看(kan)一下(xia)全(quan)開闊空間的情況。
全開闊空間測試
同樣執行GNSS 衛星(xing)掃(sao)描(miao) (4 NAV) 和 WiFi掃(sao)描(miao) (5 MAC)。
全開闊空間精度測試結果
全開闊(kuo)空間GNSS衛星定位精度明顯高于WIFI定位精度。
全開闊空間精度測試結果
采用LoRa Edge定(ding) 位 的(de) 功耗(hao) 主 要 由(you) 兩 部 分(fen) 組(zu) 成 —— GNSS (或 WiFi ) 掃 描(miao) 及 LoRaWAN 數據傳輸(shu)，4*NAV 可(ke)以搜(sou)索到更多的(de)衛星，從而得到更好的(de)精度，但代價是功耗(hao)也相(xiang)應(ying)更高。
WiFi 定(ding)位和 GNSS 定(ding)位適用(yong)于不同的環境。室內/半室外(wai)環境，可搜索(suo)的 AP 較(jiao)多，WiFi 定(ding)位更(geng)合適;而全(quan)室外(wai)環境，可搜索(suo)的衛星較(jiao)多， GNSS 更(geng)合適。實際應用(yong)項目中我(wo)們可以結(jie)合使用(yong)，以獲取最佳定(ding)位效果。
下(xia)面我(wo)們(men)(men)也看下(xia)基(ji)于擴頻因子SF9(非最遠通信距離)的實(shi)測(ce)距離，終端(duan)我(wo)們(men)(men)選用(yong)了一款帶電池的內置天(tian)線，在(zai)城區環境(jing)的測(ce)試結果。
LoRa定位通信距離測試
在通信距離測(ce)試時選用了芮捷的(de)一款內置天線的(de)拉力傳感器(//doc.rejeee.com/web/#/29?page_id=424 )，最大發射功率(lv)22dBm。
LoRa定位通信距離測試
網關放置(zhi)于(yu)20樓(lou)的(de)窗戶邊，傳感器沿著馬路邊進行(xing)拉距測試。
LoRa定位通信距離測試
LoRa的遠(yuan)距離(li)通(tong)信(xin)性(xing)能已經被(bei)大家所熟(shu)知，更多通(tong)信(xin)距離(li)的實測(ce)場景可以參考：低功耗遠(yuan)距離(li)LoRaWAN通(tong)信(xin)網關山區環境(jing)覆(fu)蓋距離(li)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(chi)續走低，應用(yong)越來越廣泛，其(qi)用(yong)于資產(chan)(chan)定(ding)位(wei)有(you)比(bi)較(jiao)(jiao)大的(de)一(yi)些優(you)勢，譬如有(you)運營商網絡支撐(cheng)，生(sheng)態(tai)比(bi)較(jiao)(jiao)完善，廠家眾多，選(xuan)擇余地(di)比(bi)較(jiao)(jiao)大，在有(you)外供電(dian)的(de)場景下，是非常適合(he)選(xuan)用(yong)CAT1的(de)。一(yi)旦選(xuan)用(yong)電(dian)池供電(dian)，對(dui)產(chan)(chan)品尺(chi)寸體(ti)積都(dou)有(you)要求的(de)情況下，采用(yong)LoRa低功(gong)(gong)耗(hao)解決方案就很有(you)必要了，可(ke)以顯(xian)著的(de)降低功(gong)(gong)耗(hao)，縮(suo)小體(ti)積，降低綜合(he)成本。
LoRa低功耗物聯網解決方案
芮捷創立于2017年，以廣(guang)大(da)客(ke)戶(hu)的物(wu)聯網(wang)應(ying)(ying)用(yong)需(xu)求(qiu)為(wei)導(dao)向(xiang)，以技(ji)術開(kai)發(fa)為(wei)核(he)心驅動力，輔以優質的供應(ying)(ying)商資源，立志為(wei)客(ke)戶(hu)持續交付好用(yong)、易用(yong)、可靠的物(wu)聯網(wang)軟硬件產(chan)品(pin)與解決方案(an)(an)。經(jing)過近六年的發(fa)展，公(gong)司以低(di)功耗廣(guang)域(yu)物(wu)聯網(wang)LoRa技(ji)術為(wei)主的物(wu)聯網(wang)產(chan)品(pin)及解決方案(an)(an)已經(jing)獲(huo)得廣(guang)大(da)客(ke)戶(hu)的認(ren)可，并(bing)廣(guang)泛(fan)的應(ying)(ying)用(yong)在工業(ye)、消防、農業(ye)、電力、化工等諸多主流(liu)行業(ye)中。
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