Geolocalización en LoRaWAN

La infraestructura LoRaWAN ™ proporciona una solución de geolocalización para redes de área amplia de baja potencia (LPWAN, por sus siglas en inglés), la cual permite una amplia gama de aplicaciones que requieren la determinación de la ubicación nodos remotos alimentados por medio de baterías. La funcionalidad de geolocalización es compatible con cualquier dispositivo final LoRaWAN ™ existente, lo que elimina el costo adicional y no requiere poder de procesamiento adicional.

Comparación de las tecnologías de Geolocalización.

El siguiente gráfico proporciona una comparación visual de costo y precisión frente a la duración de la batería de varias tecnologías de geolocalización.

LoRaWAN TDOA/RSSI

  • Solución de bajo costo. Funciona en forma nativa con cualquier sensor LoRaWAN ™.
  • LoRaWAN permite ser utilizada en casos donde se requiere una larga autonomía de la batería.
  • TDOA: 20-200m de precisión según la situación.
  • RSSI: 1000-2000m de precisión.

WiFi Location

  • Solución eficiente en costo para uso externo e interno.
  • La precisión se agudiza según la cantidad de hotspots.

BLE

Requiere una solución interior de sistema de balizamiento BLE.

GPS/AGPS

  • 1 GPS agrega un costo de $5-$10 a la lista de materiales.
  • Most accurate but power consuming solution.
  • AGPS Mejora el consumo de la batería.

Como se representa en el gráfico anterior, el protocolo LoRaWAN ™ proporciona dos métodos para la determinación de la geolocalización: basado en la medición de intensidad de señal recibida (RSSI), para posicionamiento basto, o Diferencia horaria de llegada (TDOA), para mayor precisión. En este documento se analizará el método TDOA, que está adecuado especialmente para aplicaciones que requieren bajo consumo alimentados con baterías en dispositivos finales con precisión de posicionamiento en el rango de 20 a 200 m. Las instalaciones rurales con una línea de visión directa y una red de gateways con una geometría recomendada agudizarán su precisión dentro del rango del extremo inferior de la escala. Los problemas de rutas múltiples inherentes a los entornos urbanos y urbanos densos proporcionarán precisiones hacia el extremo más alto de la escala. En general, la precisión mejora a medida que los operadores densifican su red de gateways. La mayor eficiencia de energía se logra para los dispositivos finales que requieren una determinación de ubicación poco frecuente (días o semanas). Estos dispositivos finales suelen ser activos estacionarios o con poca frecuencia implementados como Clase A. La capacidad de geolocalización de estos dispositivos finales no tiene costo adicional en la lista de materiales (BOM).Los activos móviles que requieren una determinación de posición más frecuente transmitirán más frames y consumirán más energía, aumentarán los costos del dispositivo final (por ejemplo, baterías) y, a menudo, deberán ser implementado como dispositivos terminales Clase B o Clase C. El uso de una tasa de datos más alta (por ejemplo, SF7) ayudará a limitar el aumento de las necesidades de energía. La comunidad LoRaWAN está investigando varias técnicas para proporcionar precisiones interiores de 10 m o más (densidad de gateways de 100 m, fuentes de reloj mejoradas, etc.). Esto competiría favorablemente con las técnicas de WiFi en el ángulo de llegada (AOA) en interiores que proporcionan una precisión de 1 a 3 m.

Las capacidades de LoRAWAN en georeferenciación.

Se puede ubicar un dispositivo extremo LoRaWAN ™ si las transmisiones de enlace ascendente desde el dispositivo son recibidas por tres o más gateways. Estas transmisiones de enlace ascendente no necesitan ser transmisiones específicas para la geolocalización; pueden ser frames de datos típicos de aplicaciones de LoRaWAN ™. Varios gateways reciben simultáneamente el mismo mensaje de enlace ascendente, determinándose la ubicación del dispositivo final se determina mediante técnicas de multilateración.

No se requiere hardware adicional en el dispositivo final más allá de su interfaz LoRaWAN ™. Las gateways (o cualquier medio disponible para sincronizar los relojes de gateways dentro de unas pocas decenas de nanosegundos). Cada trama de enlace ascendente recibida está marcada de manera precisa por el gateway.

Esta marca de tiempo se reenvía al servidor de red como parte de los metadatos de un cframe, que también incluye el nivel de señal, la relación señal a ruido y el error de frecuencia. El servidor de red ordena varias recepciones del mismo fotograma, agrupa todos los metadatos, incluidas las marcas de tiempo de este fotograma, y ​​solicita un cálculo de geolocalización al solucionador de geolocalización. La función de solución de geolocalización elemental es calcular, para un frame dado, la diferencia en el tiempo de recepción visto por pares de gateways. Esta diferencia de tiempo mide la proximidad del dispositivo final a un gateway del par en comparación con la otra. Cuando se conoce el TDOA para un par de gateways, el dispositivo final se puede colocar en una hipérbola. Con  varias de estas diferencias de tiempo, el dispositivo final se puede colocar en varias hipérbola. Colocándose el dispositivo final en la intersección de estas hipérbolas.

La precisión depende de de varios factores:

• Entorno de propagación y multipath.
• Geometría y densidad de despliegue de gateways.
• Algoritmo de determinación de posición utilizado por el solucionador de geolocalización
• Calidad de la sincronización de la hora del gateway.
• Dinámica y configuración del dispositivo final.

Aplicaciones para el uso responsable de la tecnología.

Cuando pensamos en estas bondades que se ponen a nuestra disposición en este estándar en que pensamos. La mayoría en hacer negocios, poner el beneficio disponible a generar dinero y si es posible de la nada. Nos olvidamos de su uso para empujar la realidad a hacer más justicia y ser más justa. ¿Cuántas personas tienen necesidades?. ¿Cuántos grupos sociales son relegados históricamente?. En mi caso yo tengo un compromiso especial con mi familia de calle, pero hay quienes son más amplios o sienten otros compromisos. Para muchas personas con diferentes problemas, inclusive problemas que parecen sencillos como la falta de autoestima, al nivel algunas que pueden dejar de ser autosuficientes. En estos casos se requiere tener un seguimiento para acompañarles en el proceso a recuperar su vida. Muchos y muchas de mis amigas y amigos en situación de calle que requerían en determinado punto tener un seguimiento, ante mi imposibilidad y falta de colaboradores que se comprometan en el amor a la humanidad con los más desfavorecidos, han terminado muertos. Pareciera que en esta sociedad invisibiliza a los que han salido de un supuesto carril en que se debe transitar. OTRO MUNDO ES POSIBLE. En casos como los que describo, como seguro  muchísimos más, una tecnología como esta puede ser utilizada para localizar e inclusive tener información de determinados datos de salud de la persona, como así también recibir alarmas.

Podemos darle un uso responsable a la tecnología y no sumergirnos solo en el mundo del negocio, o de la eficiencia que sustituye o degrada el valor humano de las personas, en especial de aquellos que se invisibilidad, y se ahoga su voz.

 


Fuentes:

Esta nota fue publicada gracias a la autorización de LoRa Alliance™.

 

Gustavo Reimondo
Acerca de Gustavo Reimondo 35 Artículos
Gerente de Tecnología Humanizada. Coordinador del proyecto Realidad Empoderada. Un proyecto de realidad virtual para la concientización en una praxis solidaria. Miembro del grupo: "La familia de la calle", organización conformada por personas indigentes y no indigentes en una relación igualitaria. Coordinador de proyectos de Infraestructura Física de Telecomunicaciones. Experto en Robótica, Instrumentación & Control, IoT, Sensórica y sistemas microcontrolados.

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