系統(tǒng)級視角優(yōu)化資產(chǎn)管理定位技術(shù)性能

資產(chǎn)管理是物聯(lián)網(wǎng)支持的關(guān)鍵應(yīng)用之一。智能設(shè)備和通信的結(jié)合使得完全自動跟蹤庫存中的任何工具或設(shè)備成為可能：一旦資產(chǎn)被移動，它就可以通過無線網(wǎng)絡(luò)向任何需要跟蹤的系統(tǒng)發(fā)送狀態(tài)更新其中。這使得跟蹤庫存項目成為可能，而無需手動掃描它們或記錄移動，因此可以提高資產(chǎn)管理系統(tǒng)的可擴展性。很多時候，資產(chǎn)很容易因為錯過掃描操作或日志不完整而誤入歧途。

當(dāng)資產(chǎn)始終可以被跟蹤時，所獲得的收益不僅僅在于運營效率；它們導(dǎo)致創(chuàng)建新的商業(yè)模式。例如，在農(nóng)業(yè)和建筑等多種行業(yè)，可以轉(zhuǎn)向按使用付費的模式。當(dāng)客戶不需要提供服務(wù)所需的設(shè)備時，可以輕松地將其重新部署到另一個客戶，從而免除他們將資金用于資本支出的需要。實時資產(chǎn)管理支持地理圍欄等技術(shù)，防止資產(chǎn)在未經(jīng)許可的情況下從一個位置移動到另一個位置。

盡管現(xiàn)在存在支持實時資產(chǎn)管理的技術(shù)，但傳統(tǒng)實施方式存在問題。許多應(yīng)用程序的一個障礙是單一的定位技術(shù)不可能滿足他們的所有需求。另一個是當(dāng)今使用的一些領(lǐng)先技術(shù)的能耗。

通常，使用三角測量過程執(zhí)行定位。接收器將偵聽許多具有已知位置的發(fā)射器，并使用信號強度、時間或到達或兩者的組合來確定與這些源相關(guān)的位置。用于提供原始數(shù)據(jù)的最熟悉的技術(shù)是基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS)的技術(shù)，因為它被用于所有道路車輛導(dǎo)航系統(tǒng)。

雖然它提供了很高的精度，但只有在戶外使用時才能依賴 GNSS：RF 信號非常微弱，不會深入建筑物。如果應(yīng)用程序需要在室內(nèi)或密集的城市環(huán)境中進行覆蓋，這會使 GNSS 作為位置數(shù)據(jù)的唯一來源存在問題。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的第二個問題是 GNSS 接收器所需的能量。為了提供可靠的定位，GNSS 接收器需要保持活動狀態(tài)，同時鎖定范圍內(nèi)衛(wèi)星的每個信號并解碼它們的定時信號。對于低功耗物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點而言，此過程所需的信號處理通常計算量太大，因此需要使用某種形式的協(xié)處理器。

對于室內(nèi)定位，需要 GNSS 的替代方案。一種高效的替代方案以 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)組的形式存在。通常，接收器將掃描來自范圍內(nèi)的 Wi-Fi 路由器的傳輸，并記錄它們的相對信號強度。如果設(shè)備有這些 Wi-Fi 路由器的位置地圖，則設(shè)備可以使用基于信號強度的三角測量來計算自己的位置。這種技術(shù)現(xiàn)在得到了廣泛的支持，而且許多工作場所環(huán)境中 Wi-Fi 路由器的密度使其成為滿足室內(nèi)定位需求的有效選擇。

另一種選擇是 LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)，它的好處是支持室內(nèi)和室外使用。該協(xié)議采用到達時間的方法來更好地應(yīng)對墻壁和窗戶對射頻信號的衰減，并提供100 m以內(nèi)的精度，這對于一些不需要高定位精度的資產(chǎn)管理應(yīng)用來說可能已經(jīng)足夠了，例如作為農(nóng)業(yè)部門的地理圍欄。

然而，為了支持需要高精度定位的資產(chǎn)管理應(yīng)用，集成商面臨部署多種接收器技術(shù)的需求，通常將 GNSS 和 Wi-Fi 結(jié)合起來以在室內(nèi)和室外提供準(zhǔn)確的結(jié)果。操作多個接收器的需要增加了總體功耗，這不僅來自于并行操作多個射頻前端，還來自于需要使用更高性能的微處理器來處理不同的數(shù)據(jù)流和數(shù)字信號處理 (DSP) 操作。優(yōu)化是可能的，例如如果可以修復(fù)另一個，則禁用其中一個，但結(jié)果是在許多情況下需要頻繁更換電池，這會推高運營成本并削弱基于物聯(lián)網(wǎng)的資產(chǎn)管理的商業(yè)案例。

管理不同的接收器會引入開發(fā)復(fù)雜性。必須集成來自不同供應(yīng)商的接收器可能會導(dǎo)致信號完整性問題，從而影響 GNSS 接收器處理其低電平信號的能力。不同前端之間可能存在交互，從而導(dǎo)致難以識別和修復(fù)的錯誤。如果系統(tǒng)在不需要時試圖禁用特定的接收器元件，則電源管理是一個進一步的挑戰(zhàn)。當(dāng)電路在狀態(tài)之間切換時，它們可能會導(dǎo)致共享連接出現(xiàn)故障，從而破壞正在運行的設(shè)備的活動。

減少集成挑戰(zhàn)的一種方法是選擇單個前端設(shè)備，將所需的不同射頻接收器組合在一起。然而，傳統(tǒng)的多協(xié)議射頻前端傾向于假設(shè)集成到智能手機或采用 Wi-Fi 和其他協(xié)議的類似系統(tǒng)中。這是浪費且可能耗電的硅片區(qū)域，因為大多數(shù)基于三角測量的定位算法只需要掃描信號并解碼有限數(shù)量的數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)，例如時間戳和數(shù)據(jù)包標(biāo)頭。針對資產(chǎn)管理需求的專用接收器選項（例如 Semtech LR1110）提供了更好的解決方案。

借助支持多種 RF 協(xié)議的僅接收器前端，可以進行進一步優(yōu)化。對能源消耗產(chǎn)生巨大影響的一種方法是利用物聯(lián)網(wǎng)的連接性將大部分?jǐn)?shù)字處理完全移出標(biāo)簽。沒有絕對要求在設(shè)備上確定位置，特別是當(dāng)大多數(shù)資產(chǎn)管理應(yīng)用程序要求將位置修復(fù)通過云本身中繼到服務(wù)提供商時。

LR1110 無需在本地執(zhí)行復(fù)雜的 DSP 操作，而是通過用于提供其他狀態(tài)更新的同一 LoRaWAN 連接將原始數(shù)據(jù)傳遞到 LoRa 邊緣定位服務(wù)。云服務(wù)執(zhí)行所有必要的計算并將位置數(shù)據(jù)中繼到應(yīng)用程序程序員確定的目的地。通過優(yōu)化 LoRa Edge 服務(wù)，LR1110 可以僅對 GNSS 或 Wi-Fi 信號的重要部分而不是其全部內(nèi)容進行采樣，從而進一步降低功耗。通過限制設(shè)備本身所需的處理量，與現(xiàn)有技術(shù)相比，LR1110 將位置更新的功耗降低了十倍。

此外，客戶可以隨時完全控制要激活的射頻前端。該設(shè)備可以隨時在 GNSS 和 Wi-Fi 之間切換?？梢詧?zhí)行此操作以獲得對修復(fù)的更大信心——例如，用來自 GNSS 的更新來補充來自 Wi-Fi 的位置?；蛘咚赡苁菫榱诉m應(yīng)不斷變化的接收條件，例如如果設(shè)備從室內(nèi)移動到室外位置時發(fā)生的接收條件?；蛘咴O(shè)備在從睡眠中醒來后可能無法獲得更新的 Wi-Fi 信號，之前已經(jīng)記錄了來自 Wi-Fi 的信號。為了幫助在這種模式下節(jié)省電量，設(shè)備將限制在每個通道上尋找 Wi-Fi 前導(dǎo)信號所花費的時間。主機微處理器的固件可能確定它無法修復(fù)可用的 Wi-Fi 信號，因此切換操作模式以尋找 GNSS 傳輸。結(jié)果是標(biāo)簽的功耗比傳統(tǒng)設(shè)計低一個數(shù)量級，將電池壽命延長至兩到三年，并大大降低了服務(wù)提供商的運營開銷。

由于安全性可能對位置感知標(biāo)簽的集成提出挑戰(zhàn)，因此用于位置服務(wù)的專用射頻前端提供了更方便的解決方案。資產(chǎn)管理服務(wù)提供商希望確保他們收到來自合法標(biāo)簽的信息。例如，為了使他們能夠竊取資產(chǎn)或避免按使用次數(shù)付費，犯罪分子和用戶可能會嘗試生成錯誤讀數(shù)，以表明設(shè)備在真正被驅(qū)走時已安全到位，或者只是創(chuàng)建拒絕-服務(wù)攻擊。LR1110 將加密引擎與用于將密鑰存儲到其設(shè)計中的安全存儲器集成在一起，以確保對通信的高水平保護，并且應(yīng)用程序不易受到未經(jīng)身份驗證的設(shè)備的攻擊。

Semtech 的 LR1110 形式的芯片與構(gòu)成 LoRa Edge 解決方案的基于云的服務(wù)相結(jié)合，展示了對資產(chǎn)管理應(yīng)用程序挑戰(zhàn)的系統(tǒng)級分析如何提供更好的功能。LoRa Edge 的設(shè)計為集成商提供了一種低能耗、高性能的解決方案，適用于室內(nèi)和室外，因此他們的客戶可以盡可能廣泛地使用定位技術(shù)。

審核編輯 黃昊宇