作者：江蘇芮捷智能科技有限公司
物聯網智庫 整理發布
提起定位技術，大家首先想到的可能是北斗或者GPS，其實藍牙iBeacon、WIFI、蜂窩基站、UWB等也是市場上常用的定位技術，每種方案都有其優缺點，有其適應的應用場景。
這當中，基于LoRa Edge的超低功耗物聯網定位解決方案也是可行思路之一。
本篇內容為芮捷的投稿，作為相關領域企業，該公司對其功耗和定位精度方面進行了實測，給出一家之見。
當然，我們也歡迎更多企業前來投稿，共話產業沉浮。投稿請加微信：15210870661。
何為LoRa Edge?
LoRa Edge?是 Semtech 推出的面向資產管理的產品組合，集成了超低功耗的 LoRa? 收發器、全球導航衛星系統(GNSS)和 Wi-Fi 掃描技術。LoRa Edge 解決方案與基于云的定位服務相結合，創建了一個獨特的系統架構，可以同時實現精準定位和低功耗，并能夠提供覆蓋室內(WI-FI)和室外(GNSS)的定位能力。
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，包括工業、樓宇、家居、農業、交通運輸和物流等許多領域。
LoRa Edge
LoRa Edge 能夠為戶外和室內應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境中的性能可以達到5米精度;當室內AP指紋數據庫覆蓋良好時，Wi-Fi 地理定位的性能甚至可以達到3米精度。基于該系統的定位方案，可根據客戶端具體需求進行量身定制，其終端電池壽命可達到數月，乃至數年，采用芮捷的物聯網網關，可以以比較低的成本實現公有網絡及私有網融合實現室內外連續覆蓋。
基于LoRa Edge的定位解決方案產品
基于LoRa的超低功耗室內外定位系統框圖
LoRa Edge 系統里的軟件部分是由 LoRa Cloud 來提供服務。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 負責地理定位，LoRa Cloud 則將室內室外的定位數據都通過云平臺完成計算分析;另一部分是提供關于數據管理、數據服務、調試解調器的服務，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勢與特點：
可以支持電池壽命極長、端對端、安全性強、經濟實惠的資產定位管理解決方案,如城市大型犬只、經常移動的資產、甚至冷鏈等;
可以同時支持室內和室外定位應用;
能夠平衡性能、定位精度和低功耗，滿足電池供電的設備長續航需求;
單芯片解決方案中集成 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方案(如北斗和GPS)低 10 倍;
使用高度安全的硬件模塊預先配置安全密鑰，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，以降低產品體積和重量，也可采用鋰亞電池，達到長續航目標;主控采用國產工業級處理器，M0+內核，超低功耗;無線采用Semtech LoRa Edge方案LR1110，功耗低，距離遠，抗干擾能力強。
芮捷使用嵌入式RTOS操作系統，多任務實時處理，內置看門狗保護機制，以及數據緩沖機制，工作穩定可靠。軟件可以參考支持二次開發的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，預留足夠的空間給天線，天線最終形態根據產品結構評估設計，最終做到功耗和性能以及產品體積的平衡。
基于LoRa Edge產品的功耗和定位精度基傳輸距離實測(部分測試數據引用Semtech測試數據)
那么采用LoRa Edge技術的定位產品，其功耗和定位精度能達到多少呢，下面我們看一組實測數據。
基于WIFI位置掃描功耗
執行一次WIFI位置信息掃描，然后以LoRa發送數據，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果
GNSS位置掃描 2*NVA
執行 GNSS scan 命令并通過 LoRaWAN 上傳結果掃描結果，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 命令并通過 LoRaWAN 上傳結果。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
下面我們來看一下定位精度的實測數據。
窗外半開闊地實測
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果
半開闊地定位精度
GNSS衛星掃描: 2 NAV* vs 4 NAV， 2 NAV 指搜集兩個導航衛星信息再一次性發送，4 NAV 同理。半開闊地做4次衛星定位掃描，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。
半開闊空間測試結果
半開闊空間執行GNSS衛星掃描 (4 NAV) vs WiFi 掃描 (5 MAC)的測試結果。
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
同樣執行GNSS 衛星掃描 (4 NAV) 和 WiFi掃描 (5 MAC)。
全開闊空間精度測試結果
全開闊空間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 位 的 功耗 主 要 由 兩 部 分 組 成 —— GNSS (或 WiFi ) 掃 描 及 LoRaWAN 數據傳輸，4*NAV 可以搜索到更多的衛星，從而得到更好的精度，但代價是功耗也相應更高。
WiFi 定位和 GNSS 定位適用于不同的環境。室內/半室外環境，可搜索的 AP 較多，WiFi 定位更合適;而全室外環境，可搜索的衛星較多， GNSS 更合適。實際應用項目中我們可以結合使用，以獲取最佳定位效果。
下面我們也看下基于擴頻因子SF9(非最遠通信距離)的實測距離，終端我們選用了一款帶電池的內置天線，在城區環境的測試結果。
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置天線的拉力傳感器(http://doc.rejeee.com/web/#/29?page_id=424 )，最大發射功率22dBm。
LoRa定位通信距離測試
網關放置于20樓的窗戶邊，傳感器沿著馬路邊進行拉距測試。
LoRa定位通信距離測試
LoRa的遠距離通信性能已經被大家所熟知，更多通信距離的實測場景可以參考：低功耗遠距離LoRaWAN通信網關山區環境覆蓋距離實測。
基于4G CAT1的資產定位方案的優勢與不足
CAT1由于價格持續走低，應用越來越廣泛，其用于資產定位有比較大的一些優勢，譬如有運營商網絡支撐，生態比較完善，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低功耗物聯網解決方案
芮捷創立于2017年，以廣大客戶的物聯網應用需求為導向，以技術開發為核心驅動力，輔以優質的供應商資源，立志為客戶持續交付好用、易用、可靠的物聯網軟硬件產品與解決方案。經過近六年的發展，公司以低功耗廣域物聯網LoRa技術為主的物聯網產品及解決方案已經獲得廣大客戶的認可，并廣泛的應用在工業、消防、農業、電力、化工等諸多主流行業中。
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