白皮書介紹

LoRaWAN?可以為低功耗廣域網(wǎng)提供定位解決方案，為一系列電池供電的應(yīng)用終端提供所需的位置信息。任何正在工作的LoRaWAN終端都支持定位功能，而不需要增加額外的BOM成本，并且不需要額外的處理能力。

適讀群體

這篇白皮書的讀者是打算開發(fā)定位功能應(yīng)用的LoRaWAN服務(wù)提供商、企業(yè)和終端設(shè)備制造商。本文將闡述LoRaWAN定位的技術(shù)要點(diǎn)，重點(diǎn)突出適合于LoRaWAN 定位的應(yīng)用案例，并提供幾個(gè)部署的研究案例。

定位技術(shù)比較

LoRaWAN TDOA/RSSI

? 成本最低的方案，任何LoRaWAN終端都生來具備；

? LoRaWAN支持長(zhǎng)電池壽命應(yīng)用的案例；

? TDOA：視情況而定的定位精確度為20-200m；

? RSSI: 1000-2000m的定位精確度；

WiFi 定位

?室內(nèi)、外定位的高效解決方案

?精確度隨著熱點(diǎn)密度的增加而提高

BLE

?需要BLE信標(biāo)系統(tǒng)

?室內(nèi)定位方案

GPS/AGPS

?一個(gè)GPS的BOM成本是5-10美元

? 最精確但最耗電的方案

（圖3.1 定位技術(shù)的比較）

上邊的圖片直觀的展示了幾種定位技術(shù)成本、準(zhǔn)確性、功耗等方面的對(duì)比。

如上圖所示，LoRaWAN協(xié)議提供了兩種定位方法：基于接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)的定位，用于粗定位；到達(dá)時(shí)間差（TDOA）定位，用于精準(zhǔn)定位。本文將討論TDOA定位，因?yàn)檫@種方案更適用于需要低功耗、電池供電設(shè)備的場(chǎng)景，定位精度范圍是20-200米。

具有清晰的視距和推薦網(wǎng)關(guān)部署策略的郊區(qū)部署將在低部署規(guī)模情況下獲得高的精確度。城市和密集的城市環(huán)境中多路徑問題將會(huì)影響定位精度。所以一般來說，隨著網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)密度的增加定位精度也會(huì)提高。

一般來說，不需要頻繁定位的終端能夠獲得最佳的電源效率。這些設(shè)備通常被設(shè)定為固定或者不經(jīng)常移動(dòng)的Class A終端。

這些終端的定位信息不需要增加額外的硬件成本。移動(dòng)的終端需要更頻繁的位置信息，它們會(huì)傳輸更多的數(shù)據(jù)幀、會(huì)消耗更多的電量、會(huì)增加硬件成本（如電池），這些終端通常會(huì)被設(shè)定為Class B 或者 Class C。使用更高的數(shù)據(jù)速率（例如SF7）有助于限制增加的電量需求。

本文的重點(diǎn)是室外、廣域的定位。需要注意的是，LoRaWAN圈內(nèi)正在使用各種方案提供了室內(nèi)精度10米甚至更好地定位精度（網(wǎng)關(guān)密度100米，改進(jìn)的時(shí)鐘源，等）。這可以比擬定位精度1-3米的室內(nèi)WiFi到達(dá)角（AOA）定位技術(shù)。

LoRaWAN定位能力

本節(jié)將提供了LoRaWAN TDOA定位和影響精度誤差的理論概述。

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架構(gòu)

當(dāng)一個(gè)LoRaWAN終端的上行數(shù)據(jù)被三個(gè)或三個(gè)以上基站接收到，那么它就可以被定位。這些上行數(shù)據(jù)并不需要是特定的位置信息，它們可以普通的LoRaWAN數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)。多個(gè)基站同時(shí)接收到相同的上行數(shù)據(jù)，則終端的位置信息就可以通過多點(diǎn)定位技術(shù)得到。下圖是多點(diǎn)定位的過程示意圖。

（圖4.1 定位架構(gòu)圖）

這里不需要額外的硬件支撐。但是基站確實(shí)需要精確地時(shí)間同步，現(xiàn)階段這是通過基站內(nèi)部的GPS實(shí)現(xiàn)的（或者任何可以在幾十納秒時(shí)間內(nèi)與基站時(shí)鐘進(jìn)行同步的手段）。每個(gè)被接收到的上行幀都會(huì)獲得網(wǎng)關(guān)精確的時(shí)間戳。這個(gè)時(shí)間戳將作為幀結(jié)構(gòu)的一部分被轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，其中還包括了信號(hào)電平、信噪比和頻率誤差。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器將對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)幀的多個(gè)接收進(jìn)行排序，將所有包含該幀數(shù)據(jù)時(shí)間戳的元數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，并從定位解算器請(qǐng)求一個(gè)定位計(jì)算。在一個(gè)給定的幀結(jié)構(gòu)中，基本的定位解算函數(shù)將計(jì)算不同基站接收的時(shí)間差，然后通過這個(gè)時(shí)間差可以測(cè)算出終端設(shè)備到不同基站的距離。

一旦兩個(gè)基站的TDOA已知，那么這個(gè)終端的位置就可以被放在一個(gè)雙曲線中。通過多次時(shí)間差的計(jì)算，終端的位置信息就可以呈現(xiàn)在多個(gè)雙曲線上，那么最終這個(gè)終端的位置就應(yīng)該在這些雙曲線的交點(diǎn)處。

定位的精確度與以下幾個(gè)因素有關(guān)：

傳播環(huán)境和路徑

網(wǎng)關(guān)部署策略和密度

用于定位的算法

網(wǎng)關(guān)時(shí)間同步的精度

終端設(shè)備的動(dòng)態(tài)和結(jié)構(gòu)

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傳播誤差的影響

在一個(gè)多路徑環(huán)境中，LoRaWAN 定位的性能受到網(wǎng)關(guān)時(shí)鐘精度的限制。當(dāng)信號(hào)的靈敏度為25dB時(shí)，定位測(cè)試通常能達(dá)到超過3m的精度。在靈敏度水平上，噪音可使精確度下降到60m。

在這些約束條件下，精度很少依賴于接收到的信號(hào)電平。在多路徑的情況下，由于系統(tǒng)帶寬被限制為125 KHz，信號(hào)路徑通常難以區(qū)分，只有平均信道延遲可以估計(jì)。在某些情況下，直接信號(hào)路徑不存在，由于只能看到反射路徑，所以將延遲偏移量引入到幀時(shí)間戳中。

（圖4.2 時(shí)間戳誤差的統(tǒng)計(jì)）

圖4-2顯示了不同傳播場(chǎng)景下時(shí)間戳誤差的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。這些測(cè)量數(shù)據(jù)從移動(dòng)車輛測(cè)試中獲得，并使用GPS估算時(shí)間戳誤差。城市場(chǎng)景比其他場(chǎng)景數(shù)據(jù)點(diǎn)少(2000對(duì)比10000)，這也解釋了為什么代表城市的曲線長(zhǎng)得“更難看”。從車輛到網(wǎng)關(guān)的平均距離為1.5km。

總體來說，時(shí)間戳總是滯后的。要注意，時(shí)間戳誤差可能是負(fù)的，但它們永遠(yuǎn)不會(huì)小于-1/帶寬(絕不低于系統(tǒng)的基本分辨率)。我們可以利用偏差將時(shí)間戳誤差分類，這個(gè)偏差就是平均誤差，并在這個(gè)平均值附近傳播。隨著傳播環(huán)境惡劣，偏差增大，傳播變寬。

有多種方法可以減少時(shí)間戳誤差：

? 在不同的頻點(diǎn)下重復(fù)幀

? 增加基站的天線（通常是兩個(gè)）

? 增加網(wǎng)關(guān)部署的密度，可增加可用樣本的數(shù)量和視距測(cè)量的機(jī)會(huì),從而提高TDOA的準(zhǔn)確性

? 降低基站的延遲幀的時(shí)間戳

? 引入帶外傳播誤差修正，以減輕多路徑（模擬，預(yù)測(cè)，校準(zhǔn)或指紋識(shí)別）

定位求解器的設(shè)計(jì)的目的是為了減少多路徑。求解器將選擇進(jìn)行處理的時(shí)間戳的隊(duì)列集，而忽略剩余的。然后求解器通過數(shù)據(jù)的求解，得到終端設(shè)備的位置。多路徑傳播從根本上限制了系統(tǒng)的精確度，但基站部署策略也起著重要的作用。

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部署策略的影響

和其他無線電系統(tǒng)一樣（例如GPS，LORAN）LoRaWAN定位的精確性取決于網(wǎng)關(guān)與終端設(shè)備的位置關(guān)系。用于確定網(wǎng)關(guān)部署質(zhì)量的指標(biāo)是幾何精度因子(Geometric Dilution Of Precision，GDOP)，這是對(duì)接收網(wǎng)關(guān)相對(duì)幾何的“優(yōu)勢(shì)”的度量。

每一次由定位求解器計(jì)算的差異定義了一個(gè)雙曲曲線。雙曲線是開放的曲線，所以當(dāng)終端設(shè)備相對(duì)于基站處于不合適的位置時(shí)，雙曲線的交叉會(huì)導(dǎo)致誤差放大。

GDOP可以捕獲這個(gè)誤差的放大系數(shù)，它只依賴于基站和終端設(shè)備的幾何位置關(guān)系。對(duì)于二維坐標(biāo)內(nèi)的定位，我們引入水平DOP (HDOP，水平精度因子)。當(dāng)HDOP是1時(shí)，代表沒有誤差放大；如果基站顯示了一個(gè)時(shí)間戳60m（即200ns）的不確定性，那么最終定位的不確定性就是60m。當(dāng)HDOP是2時(shí)，最終的不確定性就是120m。當(dāng)基站部署密度很高，HDOP也可以低于1。

（圖4.3 HDOP 地圖）

圖4-3模擬6個(gè)基站部署的HDOP地圖。圖中點(diǎn)代表網(wǎng)關(guān)，等高線區(qū)域?yàn)镠DOP顯示區(qū)。

中間區(qū)域，HDOP大于1并一直向兩側(cè)增大到大于8。在由網(wǎng)關(guān)組成的多邊形之外區(qū)域，HDOP的增長(zhǎng)非?？臁６逪DOP大大降低了定位的準(zhǔn)確性。

在常規(guī)空間中的白色不確定區(qū)域，既描述了位置誤差的振幅，也描述了誤差的方向(沿徑向指向多邊形的中心)。請(qǐng)注意地圖的東側(cè)，即使是在網(wǎng)關(guān)多邊形區(qū)域中，HDOP也會(huì)帶著較大的誤差沿著南北軸達(dá)到2。這是由于沿該軸的網(wǎng)關(guān)密度較低。

這里需要提到的是，并不是基站的位置越近，定位效果就越好；最重要的是基站位置布局策略。與矩形的中間相比，在四個(gè)網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的正方形中間位置的定位精度會(huì)更好。

在覆蓋多邊形之外的糟糕表現(xiàn)應(yīng)該是部署策略的問題。所以對(duì)于小規(guī)?；蛟圏c(diǎn)定位部署，強(qiáng)烈建議引入HDOP并進(jìn)行網(wǎng)關(guān)位置選擇優(yōu)化。

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時(shí)間誤差的影響

GPS的接收質(zhì)量同樣也會(huì)影響精度。對(duì)于移動(dòng)服務(wù)提供商來說，靠近手機(jī)站點(diǎn)的基站可能會(huì)經(jīng)歷周期性的GPS阻塞，因此必須使用特殊的天線。

在城市中低矮的屋頂或廣告牌上安裝的基站也會(huì)受到較少衛(wèi)星的“城市峽谷”效應(yīng)的影響。當(dāng)GPS接收質(zhì)量良好時(shí)，時(shí)基誤差大約為25ns (<10m)。GPS并不是主要的誤差來源，因?yàn)椴渴鹁葻o法達(dá)到10m。但是在部署非常密集的LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)中，提高網(wǎng)關(guān)時(shí)鐘精度可以進(jìn)一步提高定位的精確度。

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濾波提高定位精度

根據(jù)應(yīng)用的不同，可以對(duì)定位求解器的輸出結(jié)果進(jìn)行濾波以獲得更好的精確度。例如，如果已知終端設(shè)備位置固定，則可利用求解時(shí)間平均值來推導(dǎo)位置?？柭鼮V波是一種通用的技術(shù)，可以從噪聲觀測(cè)中估測(cè)位置和速度(大多數(shù)定位系統(tǒng)使用的是卡爾曼模型)。

回到LoRaWAN 定位，由于預(yù)濾波的位置估計(jì)值是稀疏且有噪聲的，所以濾波對(duì)定位性能有很大的影響。如果濾波器可以利用一個(gè)特定的終端設(shè)備的速度配置文件，就可以提高定位的精度。這些配置信息來源于終端本身（固定、移動(dòng)等等），并且是特定應(yīng)用指向的。

另外一個(gè)特定應(yīng)用的用途是匹配濾波。例如，如果終端設(shè)備在倉(cāng)庫(kù)之間移動(dòng)，過濾器首先將終端設(shè)備分為靜止的或移動(dòng)的。如果它是靜止的，則可以認(rèn)定它位于某個(gè)倉(cāng)庫(kù)中。如果它在移動(dòng)，則它位于某條路徑上。

對(duì)于低功耗的優(yōu)化，LoRaWAN占空比在某些地區(qū)會(huì)有限制，這樣一來終端設(shè)備每天只能傳輸有限數(shù)量的幀數(shù)。這種限制是LoRaWAN通信限制的一個(gè)方面，并不是特定于定位場(chǎng)景。實(shí)際中固定的設(shè)備比運(yùn)動(dòng)更容易定位，因?yàn)橐驗(yàn)橐恍臄?shù)據(jù)可以更容易利用來過濾位置估計(jì)。

部署案例研究

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巴塞羅那港口（Actility/Cisco）

LoRaWAN定位的一個(gè)例子是車輛定位。利用GPS來定位車輛已經(jīng)有多年的歷史。但是由于安裝的復(fù)雜性和成本問題，并沒有廣泛推開。由于GPS定位都十分耗電，需要與電池連接?，F(xiàn)在基于LoRaWAN TDOA定位，是新一代低功耗定位方案，已經(jīng)可用。

在2017年的全球移動(dòng)大會(huì)上，Actility和Cisco在ZAL港安裝了6個(gè)IR829/IXM LoRaWAN網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了ZAL港的專用LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋。ZAL管理系統(tǒng)可為港口內(nèi)的公司提供安全、運(yùn)維以及日常服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)覆蓋了港口內(nèi)0.43平方公里的面積，6個(gè)網(wǎng)關(guān)間隔400~600米以確保良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋性。三層樓的金屬建筑區(qū)域內(nèi)并沒有專門可以放置天線的高點(diǎn)，所以天線被直接安裝在屋頂（次優(yōu)配置）。

Abeeway定位終端安裝在管理車輛上。定位終端在LoRaWAN TDOA模式下工作是最節(jié)能的定位方式。如果對(duì)于功耗方面考慮較少，使用LoRaWAN 上行來輔助GPS上報(bào)定位數(shù)據(jù)可用于需要更高精度的場(chǎng)景(10m內(nèi)的精度)。

與典型的AGPS/GSM定位終端相比，LoRaWAN定位終端節(jié)省了50%以上的電能。并且由于是電池供電且無需其他電源，終端的安裝十分簡(jiǎn)便，只需用膠粘、螺絲固定或者其他簡(jiǎn)單手段固定在車上。同時(shí)使用APP來實(shí)時(shí)監(jiān)控ZAL港的在線車輛運(yùn)行情況。

（圖5.1 巴塞羅那ZAL港基站位置示意圖）

在ZAL港口的案例中，應(yīng)用程序會(huì)計(jì)算每輛車在經(jīng)過每個(gè)建筑花費(fèi)的時(shí)間（如，它停了多久）。物流區(qū)域的建筑通常比較稀疏，車輛停放的位置距離建筑物要大于80米，大多數(shù)車輛停放的時(shí)間在20分鐘到12小時(shí)不等。停放車輛的追蹤是TDOA定位的一個(gè)主要應(yīng)用，定位終端每10分鐘上報(bào)一次位置信息，可以得到60-80m的定位精度。當(dāng)車輛靜止時(shí)，定位求解器會(huì)對(duì)多個(gè)幀的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，當(dāng)車輛重新開始移動(dòng)時(shí)候能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)到。圖5-2顯示了固定車輛的位置精度。

（圖5.2 ZAL港口TDOA定位精度：固定車輛）

移動(dòng)車輛的近似實(shí)時(shí)位置也可以通過TDOA進(jìn)行定位。通過我們的測(cè)試一個(gè)移動(dòng)的車輛可以被定位到的平均精度是171米。這足以判斷車輛行駛的大致方向，以便了解它是否正在前往下一個(gè)地點(diǎn)，或在一天結(jié)束后返回停車點(diǎn)。

在這個(gè)案例中，定位精度并不是那么重要，因?yàn)槎ㄎ恍畔⒃谶@里主要用于當(dāng)車輛進(jìn)出指定區(qū)域進(jìn)行觸發(fā)警報(bào)。圖5-3顯示了移動(dòng)車輛的定位精度。

（圖5.3 ZAL港口TDOA定位精度：移動(dòng)車輛）

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伊西萊穆利諾/布倫(Actility/Cisco)

思科和Actility在巴黎地區(qū)部署了5個(gè)IXM LoRaWAN網(wǎng)關(guān)以驗(yàn)證LoRaWAN定位能力。網(wǎng)絡(luò)覆蓋了伊西萊穆利諾和布倫的城區(qū)?；静捎昧?a target="_blank">以太網(wǎng)或者移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)回傳，測(cè)試系統(tǒng)24小時(shí)運(yùn)行，靜止和移動(dòng)測(cè)試節(jié)點(diǎn)能夠生成用于定位應(yīng)用開發(fā)的消息。

網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域面積大概為1.6平方公里，四個(gè)基站間隔為900米至1300米，構(gòu)成一個(gè)五角形區(qū)域，部署在布倫的第五個(gè)基站會(huì)應(yīng)用在未來的測(cè)試中。該區(qū)域包括商業(yè)、市政和住宅，以及更開放的用地，如塞納河、公園和體育場(chǎng)。天線安裝在60m到126m的高度。

高點(diǎn)部署(如圖5-4所示)可提供長(zhǎng)距離覆蓋，但地面覆蓋效果有時(shí)也會(huì)受到影響。由于多山的地形，如要保證最佳的定位能力還需要增加基站的部署（每個(gè)定位終端的數(shù)據(jù)至少要被三個(gè)基站接收）。

（圖5.4 伊西萊穆利諾/布倫網(wǎng)關(guān)部署示意圖）

固定資產(chǎn)定位使用Adeunis V2測(cè)試設(shè)備進(jìn)行，每20秒發(fā)送一次上行數(shù)據(jù)。每八個(gè)上行數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)定位“幀”。定位終端配置一個(gè)“固定”的配置文件，支持自適應(yīng)數(shù)據(jù)率。

在由網(wǎng)關(guān)相互連接構(gòu)成的區(qū)域中(HDOP較好)，定位精度可達(dá)到75-115m(近似標(biāo)準(zhǔn)偏差為25m)。在區(qū)域外圍，定位精度是400m(HDOP較差)。這些結(jié)果與巴塞羅那ZAL港口的測(cè)試發(fā)現(xiàn)一致。圖5-5提供了一個(gè)典型的定位圖。其他的網(wǎng)關(guān)部署策略、固定和移動(dòng)終端的測(cè)試還在進(jìn)行中。

（圖5.5 巴黎定位案例示意圖）

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納沙泰爾（Semtech）

Semtech公司正在瑞士的納沙泰爾城市環(huán)境中進(jìn)行LoRaWAN定位測(cè)試。這座城市坐落在一個(gè)湖和一座山之間，并且有許多小山。所以從GDOP的角度來看，這是一個(gè)困難的案例。因?yàn)橛捎诙嗌?，?huì)帶來長(zhǎng)的時(shí)延。圖5-6中標(biāo)示了6個(gè)基站和30個(gè)固定的室外測(cè)試點(diǎn)。

（圖5.6 納沙泰爾定位例子示意圖）

圖5-7展示了從30個(gè)測(cè)試點(diǎn)收到的不同數(shù)量的LoRaWAN幀的定位性能的累積分布函數(shù)。在單幀中平均定位精度約為150米, 8幀的精度提高到80米。這里沒有用到濾波。

在不同的數(shù)據(jù)速率下進(jìn)行了多組測(cè)試：SF7, SF10 和 SF12。它們的性能是完全相同的，說明多路徑和GDOP才是影響性能的主要因素。GDOP越差，定位性能相應(yīng)變差：8幀時(shí)，90%的定位精度僅為205米。

（圖5.7 納沙泰爾定位性能圖）

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姆科馬齊國(guó)家公園(Semtech/Kerlink)

互聯(lián)網(wǎng)生命和ShadowView基金會(huì)基于LoRaWAN正在開發(fā)追蹤器以保護(hù)坦桑尼亞姆科馬齊國(guó)家公園保護(hù)區(qū)內(nèi)瀕危的黑犀牛，借助Semtech和Kerlink公司的技術(shù)支持。無GPS的LoRaWAN追蹤器體積更小、價(jià)格更低、耗電更少，并且不受配備GPS干擾器的盜獵者影響，同時(shí)與GPS追蹤器相比，它們能更頻繁地進(jìn)行地理定位報(bào)告。

去年9月，第一個(gè)LoRaWAN追蹤器被植入了一頭犀牛的犀牛角，并讓該公園的安全人員自己操作來定位、監(jiān)控犀牛。

犀牛保護(hù)區(qū)是一個(gè)占地50平方公里的圍欄區(qū)域。已經(jīng)部署了四個(gè)支持定位的Kerlink網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)該區(qū)域的LoRaWAN覆蓋。大門之間的距離在4公里到10公里之間。定位精度超過50m，在某些情況下超過20m。

（圖5.8 姆科馬齊定位試點(diǎn)示意圖（四幀））

圖5-8展示了犀牛定位的例子，每個(gè)點(diǎn)使用四個(gè)幀來計(jì)算一個(gè)位置。前兩個(gè)圖中的平均誤差為40m，而相應(yīng)的測(cè)試點(diǎn)位于一個(gè)HDOP高于2的區(qū)域。第三圖中HDOP為1.5。在這里測(cè)試點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)的確切位置不能公開。區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)行更好的HDOP優(yōu)化，自然公園其他區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)部署也已經(jīng)完成了計(jì)劃。

公園管理部門正在使用的其他智能應(yīng)用還包括安裝在車輛上的太陽能追蹤器，用于追蹤高危區(qū)域內(nèi)人員和游客的行蹤。圖5-9顯示了單幀定位結(jié)果，精度高于50米，但是比四幀的情況變化更多。

（圖5.9 姆科馬齊定位試點(diǎn)示意圖（單幀））

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布依格建筑(Objenious/Sagemcom)

建筑物流、車隊(duì)管理和廢品管理等都是物聯(lián)網(wǎng)潛在的市場(chǎng)。Objenious (布依格電信)和Sagemcom共同開發(fā)了布伊格建筑的Ubysol解決方案，當(dāng)卡車在裝卸貨點(diǎn)之間運(yùn)輸貨物時(shí)，提供建筑廢物的追蹤。

Ubysol解決方案支持“大巴黎”區(qū)域總體規(guī)劃，目的是將巴黎市區(qū)(巴黎市區(qū)和周邊的130個(gè)郊區(qū)、社區(qū))改造成21世紀(jì)的城市。據(jù)估計(jì)，該項(xiàng)目將產(chǎn)生超過4300萬噸的建筑垃圾。每輛卡車配備一個(gè)Siconia?多傳感器終端設(shè)備。終端設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸由運(yùn)動(dòng)傳感器觸發(fā)，并使用陀螺儀來檢測(cè)裝卸貨。

為了給LoRaWAN定位做基準(zhǔn)測(cè)試，一些卡車同時(shí)也安裝了GPS傳感器。GPS和LoRaWAN定位的路徑進(jìn)行了比較，如圖5-10，兩個(gè)路徑吻合度較好。

（圖5.10 GPS、LoRaWAN TDOA定位路徑對(duì)比）

統(tǒng)計(jì)性能(CDF)經(jīng)過數(shù)月的收集得到，Ubysol解決方案的定位性能結(jié)果如圖5-11所示。實(shí)現(xiàn)了136m的平均定位精度。

（圖5.11 Ubysol的解決方案精度統(tǒng)計(jì)）

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巴黎(Objenious/Sagemcom)

城市環(huán)境的資產(chǎn)管理面臨著幾個(gè)挑戰(zhàn)：多路徑環(huán)境、典型的非視距傳播。Objenious和Sagemcom在巴黎市中心部署了許多Siconia?定位設(shè)備來追蹤卡車。當(dāng)卡車離開指定區(qū)域?qū)⒂|發(fā)報(bào)警。圖5-12展示了巴黎市中心的定位終端和網(wǎng)關(guān)位置及LoRaWAN定位效果。

（圖5.12 巴黎市中心的卡車定位示意圖）

這些定位終端的定位關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)如圖5-13所示。CDF(第一個(gè)圖)和定位精度的概率分布函數(shù)(第二個(gè)圖)(平均值:57m, std: 18m)，以及定位誤差（第三個(gè)圖）。瞬時(shí)站點(diǎn)距離(ISD;第四個(gè)圖)是網(wǎng)絡(luò)密度的指示。

（圖5.13 定位性能(CDF, ISD)，巴黎市區(qū)）

圖5-14顯示了網(wǎng)絡(luò)部署在定位精度上的瞬時(shí)HDOP影響。在網(wǎng)關(guān)部署之前，應(yīng)該按照第4.3節(jié)的說明來評(píng)估靜態(tài)GDOP，并考慮部署區(qū)域可用的網(wǎng)關(guān)組合。

（圖5.14 瞬時(shí)HDOP影響，巴黎市中心）

圖5-15顯示了在部署區(qū)域中從固定的終端設(shè)備(紅色)中獲得的GDOP。

（圖5.15 在網(wǎng)關(guān)部署情況下一個(gè)固定終端（紅色）

的GDOP估計(jì)）

對(duì)于同一個(gè)的靜止終端設(shè)備，圖5-16展示了終端設(shè)備的無線電測(cè)量環(huán)境(平均RSS)和終端設(shè)備和基站之間的距離的關(guān)系。顯然，在由密集的網(wǎng)關(guān)形成的走廊之外區(qū)域，HDOP的值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于與網(wǎng)關(guān)走廊對(duì)齊的位置。

（圖5.16 HDOP影響 vs. 終端與基站距離）

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托里涅富伊拉爾(Kerlink/Semtech)

Kerlink公司在其Wirnet IBTS系列支持基于位置的服務(wù)(LBS)中提供定位基站。這些基站可提供精準(zhǔn)的時(shí)間戳來進(jìn)行定位(使用Semtech的協(xié)議)。一個(gè)TDOA定位的求解器已經(jīng)開發(fā)并集成到專有的LBS解決方案中。

Kerlink公司在世界范圍內(nèi)的各種環(huán)境和條件(農(nóng)村、半城市、城市)建立了若干測(cè)試平臺(tái)，以評(píng)估和優(yōu)化定位求解器的性能，特別是計(jì)算精度和定位精度。部署在托里涅富伊拉爾的測(cè)試平臺(tái)將會(huì)一直工作下去，四個(gè)基站安裝在城市中、多個(gè)定位終端放置在計(jì)劃好的固定位置。當(dāng)定位求解器收到一個(gè)近實(shí)時(shí)的消息時(shí)它開始計(jì)算該位置信息，然后將結(jié)果返回到指示板進(jìn)行顯示。

圖5.17 (a)托里涅富伊拉爾LoRaWAN定位測(cè)試平臺(tái)

（b）靜止終端的估測(cè)位置

圖5.17 （c）HDOP （d）CDF

圖5-17(a)和(b)顯示了已部署的網(wǎng)絡(luò)和定位終端的估測(cè)位置。對(duì)HDOP的分析(圖5-17(c))使我們能夠更清晰的理解定位的精確性。這里要指出的是，定位信息利用卡爾曼濾波器進(jìn)行了處理。對(duì)于一個(gè)終端的CDF，如圖5-17(d)顯示，32米的準(zhǔn)確率為50%，43米為70% 和62米是90%。

LoRaWAN定位總結(jié)

總結(jié)得出如下結(jié)論：

? LoRaWAN TDOA 定位能夠提供20到200米的定位精度。

? LoRaWAN 定位的一個(gè)好處是利用長(zhǎng)期使用、電池供電的A類終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)現(xiàn)了零額外的BOM成本的增加。

? 減少多路徑誤差和良好的網(wǎng)關(guān)部署規(guī)劃能將定位精度提升到20米。

? LoRaWAN TDOA定位特別適用于如下場(chǎng)景：

?區(qū)域圍欄。固定資產(chǎn)是否被移動(dòng)?(建筑工地、公用場(chǎng)地、機(jī)場(chǎng)、校園等場(chǎng)所的防盜)

?追蹤移動(dòng)緩慢的資產(chǎn)，不要求頻繁的位置更新(人、寵物、牲畜、車輛等)，特別適用于智能農(nóng)業(yè)和智慧城市某些案例。

LoRaWAN TDOA定位可能并不適合如下場(chǎng)景：

? 實(shí)時(shí)、移動(dòng)的資產(chǎn)跟蹤。越高的定位頻率正意味著越多的電量消耗，C類終端，等。

?高動(dòng)態(tài)資產(chǎn)定位。

? 高精度定位（亞米級(jí)，至少使用現(xiàn)在的基站時(shí)鐘無法達(dá)到）

? LoRaWAN協(xié)議用在需要GPS功能傳輸?shù)挠美?/p>