作者：江蘇芮捷智能科技有限公司
物聯(lián)網(wǎng)智庫 整理發(fā)布
提起定位技術(shù)，大家首先想到的可能是北斗或者GPS，其實(shí)藍(lán)牙iBeacon、WIFI、蜂窩基站、UWB等也是市場上常用的定位技術(shù)，每種方案都有其優(yōu)缺點(diǎn)，有其適應(yīng)的應(yīng)用場景。
這當(dāng)中，基于LoRa Edge的超低功耗物聯(lián)網(wǎng)定位解決方案也是可行思路之一。
本篇內(nèi)容為芮捷的投稿，作為相關(guān)領(lǐng)域企業(yè)，該公司對其功耗和定位精度方面進(jìn)行了實(shí)測，給出一家之見。
當(dāng)然，我們也歡迎更多企業(yè)前來投稿，共話產(chǎn)業(yè)沉浮。投稿請加微信：15210870661。
何為LoRa Edge?
LoRa Edge?是 Semtech 推出的面向資產(chǎn)管理的產(chǎn)品組合，集成了超低功耗的 LoRa? 收發(fā)器、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)和 Wi-Fi 掃描技術(shù)。LoRa Edge 解決方案與基于云的定位服務(wù)相結(jié)合，創(chuàng)建了一個獨(dú)特的系統(tǒng)架構(gòu)，可以同時實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位和低功耗，并能夠提供覆蓋室內(nèi)(WI-FI)和室外(GNSS)的定位能力。
LoRa Edge。傳統(tǒng)的基于芯片的地理定位設(shè)備需要承載巨大的計算量，導(dǎo)致它們往往只有數(shù)周至數(shù)月的電池壽命。而 LoRa Edge 解決方案可以在定位設(shè)備和云平臺之間分配計算量，使設(shè)備可擁有長達(dá)數(shù)月甚至數(shù)年的電池壽命，因此更為適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，包括工業(yè)、樓宇、家居、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸和物流等許多領(lǐng)域。
LoRa Edge
LoRa Edge 能夠為戶外和室內(nèi)應(yīng)用提供超低功耗地理定位，典型精度為10米-50米。在最佳條件下，GNSS 地理定位或在開放環(huán)境中的性能可以達(dá)到5米精度;當(dāng)室內(nèi)AP指紋數(shù)據(jù)庫覆蓋良好時，Wi-Fi 地理定位的性能甚至可以達(dá)到3米精度。基于該系統(tǒng)的定位方案，可根據(jù)客戶端具體需求進(jìn)行量身定制，其終端電池壽命可達(dá)到數(shù)月，乃至數(shù)年，采用芮捷的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，可以以比較低的成本實(shí)現(xiàn)公有網(wǎng)絡(luò)及私有網(wǎng)融合實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外連續(xù)覆蓋。
基于LoRa Edge的定位解決方案產(chǎn)品
基于LoRa的超低功耗室內(nèi)外定位系統(tǒng)框圖
LoRa Edge 系統(tǒng)里的軟件部分是由 LoRa Cloud 來提供服務(wù)。LoRa Cloud 包含兩部分的功能：一部分是提供地理定位的處理器，LoRa Edge 負(fù)責(zé)地理定位，LoRa Cloud 則將室內(nèi)室外的定位數(shù)據(jù)都通過云平臺完成計算分析;另一部分是提供關(guān)于數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)服務(wù)、調(diào)試解調(diào)器的服務(wù)，并可將其視為一個 SaaS 解決方案的一部分功能。
此解決方案最大的優(yōu)勢與特點(diǎn)：
可以支持電池壽命極長、端對端、安全性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的資產(chǎn)定位管理解決方案,如城市大型犬只、經(jīng)常移動的資產(chǎn)、甚至冷鏈等;
可以同時支持室內(nèi)和室外定位應(yīng)用;
能夠平衡性能、定位精度和低功耗，滿足電池供電的設(shè)備長續(xù)航需求;
單芯片解決方案中集成 GNSS、Wi-Fi 和 LoRa 收發(fā)器來減少復(fù)雜度，降低產(chǎn)品體積和重量;
功耗比現(xiàn)有地理定位解決方案(如北斗和GPS)低 10 倍;
使用高度安全的硬件模塊預(yù)先配置安全密鑰，不再需要昂貴的安全配置流程或額外的安全硬件成本。
低功耗定位終端硬件框圖
可采用可充電鋰離子電池供電，以降低產(chǎn)品體積和重量，也可采用鋰亞電池，達(dá)到長續(xù)航目標(biāo);主控采用國產(chǎn)工業(yè)級處理器，M0+內(nèi)核，超低功耗;無線采用Semtech LoRa Edge方案LR1110，功耗低，距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)。
芮捷使用嵌入式RTOS操作系統(tǒng)，多任務(wù)實(shí)時處理，內(nèi)置看門狗保護(hù)機(jī)制，以及數(shù)據(jù)緩沖機(jī)制，工作穩(wěn)定可靠。軟件可以參考支持二次開發(fā)的LoRa模組，其SDK源碼路徑為：https://gitee.com/rejeee/hl10sdk 或 https://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做到3*2.5cm，預(yù)留足夠的空間給天線，天線最終形態(tài)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)評估設(shè)計，最終做到功耗和性能以及產(chǎn)品體積的平衡。
基于LoRa Edge產(chǎn)品的功耗和定位精度基傳輸距離實(shí)測(部分測試數(shù)據(jù)引用Semtech測試數(shù)據(jù))
那么采用LoRa Edge技術(shù)的定位產(chǎn)品，其功耗和定位精度能達(dá)到多少呢，下面我們看一組實(shí)測數(shù)據(jù)。
基于WIFI位置掃描功耗
執(zhí)行一次WIFI位置信息掃描，然后以LoRa發(fā)送數(shù)據(jù)，一年消耗功耗：2.20324365*12(5分鐘一次)=231,579uAh=231mAh。
基于WIFI的位置掃描功耗測試結(jié)果
GNSS位置掃描 2*NVA
執(zhí)行 GNSS scan 命令并通過 LoRaWAN 上傳結(jié)果掃描結(jié)果，這里做了 2 次掃描，一年消耗功耗：17.0324365*12(5分鐘一次)=1,790,193uAh=1790mAh。19Ah的一節(jié)ER34615電池可以使用10年。
GNSS位置掃描功耗測試結(jié)果(2*NAV)
GNSS位置多次掃描
執(zhí)行 GNSS scan 命令并通過 LoRaWAN 上傳結(jié)果。這里做了 4 次掃描。年消耗功耗：33.93924365*12(5分鐘一次)=3,567,667uAh=3567mAh。一節(jié)19Ah的ER34615電池可以使用5年。
GNSS位置4次掃描功耗測試結(jié)果
下面我們來看一下定位精度的實(shí)測數(shù)據(jù)。
窗外半開闊地實(shí)測
我們將定位終端放到窗外，位置參照上圖。
窗外半開闊地定位精度測試結(jié)果
半開闊地定位精度
GNSS衛(wèi)星掃描: 2 NAV* vs 4 NAV， 2 NAV 指搜集兩個導(dǎo)航衛(wèi)星信息再一次性發(fā)送，4 NAV 同理。半開闊地做4次衛(wèi)星定位掃描，精度約在20~50米。
半開闊空間測試
我們接下來看看半開闊空間，周圍有建筑物的場景。
半開闊空間測試結(jié)果
半開闊空間執(zhí)行GNSS衛(wèi)星掃描 (4 NAV) vs WiFi 掃描 (5 MAC)的測試結(jié)果。
半開闊空間精度
下面我們看一下全開闊空間的情況。
全開闊空間測試
同樣執(zhí)行GNSS 衛(wèi)星掃描 (4 NAV) 和 WiFi掃描 (5 MAC)。
全開闊空間精度測試結(jié)果
全開闊空間GNSS衛(wèi)星定位精度明顯高于WIFI定位精度。
全開闊空間精度測試結(jié)果
采用LoRa Edge定 位 的 功耗 主 要 由 兩 部 分 組 成 —— GNSS (或 WiFi ) 掃 描 及 LoRaWAN 數(shù)據(jù)傳輸，4*NAV 可以搜索到更多的衛(wèi)星，從而得到更好的精度，但代價是功耗也相應(yīng)更高。
WiFi 定位和 GNSS 定位適用于不同的環(huán)境。室內(nèi)/半室外環(huán)境，可搜索的 AP 較多，WiFi 定位更合適;而全室外環(huán)境，可搜索的衛(wèi)星較多， GNSS 更合適。實(shí)際應(yīng)用項目中我們可以結(jié)合使用，以獲取最佳定位效果。
下面我們也看下基于擴(kuò)頻因子SF9(非最遠(yuǎn)通信距離)的實(shí)測距離，終端我們選用了一款帶電池的內(nèi)置天線，在城區(qū)環(huán)境的測試結(jié)果。
LoRa定位通信距離測試
在通信距離測試時選用了芮捷的一款內(nèi)置天線的拉力傳感器(http://doc.rejeee.com/web/#/29?page_id=424 )，最大發(fā)射功率22dBm。
LoRa定位通信距離測試
網(wǎng)關(guān)放置于20樓的窗戶邊，傳感器沿著馬路邊進(jìn)行拉距測試。
LoRa定位通信距離測試
LoRa的遠(yuǎn)距離通信性能已經(jīng)被大家所熟知，更多通信距離的實(shí)測場景可以參考：低功耗遠(yuǎn)距離LoRaWAN通信網(wǎng)關(guān)山區(qū)環(huán)境覆蓋距離實(shí)測。
基于4G CAT1的資產(chǎn)定位方案的優(yōu)勢與不足
CAT1由于價格持續(xù)走低，應(yīng)用越來越廣泛，其用于資產(chǎn)定位有比較大的一些優(yōu)勢，譬如有運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)支撐，生態(tài)比較完善，廠家眾多，選擇余地比較大，在有外供電的場景下，是非常適合選用CAT1的。一旦選用電池供電，對產(chǎn)品尺寸體積都有要求的情況下，采用LoRa低功耗解決方案就很有必要了，可以顯著的降低功耗，縮小體積，降低綜合成本。
LoRa低功耗物聯(lián)網(wǎng)解決方案
芮捷創(chuàng)立于2017年，以廣大客戶的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求為導(dǎo)向，以技術(shù)開發(fā)為核心驅(qū)動力，輔以優(yōu)質(zhì)的供應(yīng)商資源，立志為客戶持續(xù)交付好用、易用、可靠的物聯(lián)網(wǎng)軟硬件產(chǎn)品與解決方案。經(jīng)過近六年的發(fā)展，公司以低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)LoRa技術(shù)為主的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品及解決方案已經(jīng)獲得廣大客戶的認(rèn)可，并廣泛的應(yīng)用在工業(yè)、消防、農(nóng)業(yè)、電力、化工等諸多主流行業(yè)中。
如需投稿本公眾號，請加微信：15210870661，我們期待內(nèi)容詳實(shí)、干貨、專業(yè)、言之有物的分享。
