物联网工程的职业定位,5G为物联网带来精准定位

浏览:2373   发布时间: 2022年07月29日

5G为物联网带来精准定位

蜂窝拥有增强室内和物联网精确定位的“所有要素”

智能手机和其他小型定位设备使用像GNSS这样的卫星系统来提供定位。然而,要想达到最有效的效果,GNSS需要多颗卫星有清晰的视线,即使在其最高性能时,它也只能提供米级的精度,这对于工业和室内物联网应用来说还不够精确。另一方面,高通公司高级工程总监基兰·穆卡维利(Kiran Mukkavilli)称,5G毫米波在某些情况下可以达到厘米级的精度。

Mukkavilli说:“蜂窝网络对GNSS的作用非常好,如果你看看蜂窝网络的部署,你就会发现,它们具备了让这种定位工作的所有要素。”他说:“看看我们的部署情况。我们有宏观部署在7 GHz以下的FR1,我们有我们的FR2毫米波部署,我们也有一些室内部署。”

他解释说,这些部署中的每一个都具有有助于定位的独特特征。例如,低于 7 GHz 频段的大规模 MIMO 部署具有大型天线阵列,这允许对广域定位进行精确的角域估计。另一方面,室内部署通常非常密集,以实现高容量通信。更密集的毫米波部署意味着更多的带宽,更多的带宽意味着更好的定位精度。不过,Mukkavilli 表示,毫米波既具有密度优势,又具有大量频谱的优势。

“从定位的角度来看,大量带宽意味着非常精细和精确的时间分辨率。小型蜂窝部署通常还意味着我们获得更密集的节点 [...],这为我们提供了非常精细的波束。因此,将我们从这些密集阵列中获得的带宽和精细光束 [...] 放在一起,我们可以通过毫米波轻松达到厘米级的精度,”他补充说,因此,毫米波将成为高通整体定位解决方案组合的“一个非常重要的组成部分”。

然而,由于精确的时间分辨率需要大量带宽来保证精度,涉及低功耗和低复杂度设备的应用(例如使用 20 MHz 甚至 5 MHz 等较小频段的物联网设备)提出了定位挑战。简而言之,基于时间的精确定位技术不太适合窄带物联网设备。

“在小带宽下,时间分辨率不像我们使用 100 MHz 或 400 MHz 得到的那样,这就是我们可以利用 [...] 空间分辨率的地方,”Mukkavilli 解释说,提供了一种称为 DL-AoD 的基于角度的定位技术,或下行链路出发角定位,作为替代方案。

DL-AoD 是一种基于设备的定位技术,其中物联网设备测量网络上的每个波束 RSRP(参考信号接收功率),使用它们之间的相对差异来估计出发角 (AoD)。 然后,这些测量的差异通过模式匹配提供水平角度和仰角信息。

通过这种方式,DL-AoD 为带宽有限的 5G 物联网设备提供高精度定位。 事实上,根据高通的演示,使用基于角度的技术在 5 MHz 带宽内的中值精度精度上至少提高了 60%。

“将所有这些放在一起,蜂窝可以为定位做的事情是补充并提供大多数地方不到一米的精度,甚至为工业物联网和室内精确定位提供厘米级定位 [...],”Mukkavilli 总结道。

更多资讯,请点击资讯活动 - 航天云网,国家工业互联网平台

物联网场景中,LoRa是如何定位的?

万物互联的时代也是数据为王的时代,然而在很多时候,没有对应的位置信息就意味着数据是“杂乱无章”的,可利用的价值就会大大降低。随着物联网行业这两年的蓬勃发展,定位技术在各种物联网应用场景的需求也大大提升,LoRa是物联网在蓬勃发展中热点技术之一,作为窄宽带无线技术,它是如何实现定位的呢?下面我们就看看它是怎样实现的。

Lora介绍

LoRa 是LPWAN通信技术中的一种,是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的这种考虑方式,为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统,进而扩展传感网络。这一方案为用户提供一种简单的能实现远距离、低功耗的无线通信手段。目前,LoRa主要在ISM频段运行,主要包括433、868、915 MHz等。

图片来源于网络

LoRa是一种线性调频扩频调制技术,它的全称为远距离无线电(Long Range Radio),因其传输距离远、低功耗、组网灵活等诸多优势特性都与物联网碎片化、低成本、大连接的需求不谋而合,故而被广泛应用于物联网各个垂直行业中。

在低功耗广域物联网(LPWAN)领域内,分立着两大阵营:授权频谱阵营中以NB-IoT技术为首;而在非授权频谱阵营中则以LoRa技术马首是瞻,它的发展历程则像是灰姑娘的逆袭,在国内的发展几经坎坷之后,在全球生态伙伴的努力下最终发展成为全球的事实标准。

Lora定位原理

作为一种窄带无线技术,LoRa是使用到达时间差来实现地理定位的。

图片来源于网络

要了解LoRa定位如何工作,就要来看看从终端节点到服务器的数据传输步骤。LoRa定位的前提是所有的基站或网关共享一个共同的时基。

当任何一个LoRaWAN终端设备发送一个数据包时,会被其所在网络范围内的所有网关接收,并且每个报文都将会报告给网络服务器。所有的网关都是一样的,它们一直在所有信道上接收所有数据速率的信号。

这意味着在LoRa终端设备上没有开销,因为它们不需要扫描和连接到特定的网关。 传感器被简单地唤醒,发送数据包,网络范围内的所有网关都可以接收它。

Lora定位特点

依据LoRa技能的地舆方位处理方案将可以完结作为整体处理方案中一部分需要方位确认的运用。这样做的好处在于,新功能可由任何正在作业的LoRaWAN终端支撑,消除了额外的本钱,而且不需要额外的处理能力,一起坚持数据和方位的最佳安全性。

图片来源于网络

最低功耗

传感器中没有位置任务的处理;

发送位置数据不需要“空中时间”;

可以使用尽可能小的LoRaWAN数据包进行地理位置定位。

最低成本

传感器中没有GNSS或其他硬件;

更小的电池,因为没有使用传感器电源来获取位置;

最小尺寸,包括电子部分,电池,外壳。

最低环境影响

传感器硬件最小化(包括电子部分、电池、外壳尺寸等);

许多传感器安装一个终生电池。

Lora定位应用场景

LoRa是唯一无二的,只要终端节点与网络通信,就可以得到地理位置数据。正因为LoRa地理位置功能无需涉及GPS定位技术,可以实现最小尺寸、最低功耗、最低成本。目前LoRa地理位置功能开始被应用到各个行业和领域,如畜牧业、建筑、物流、保险行业等。

图片来源于网络

智慧农场

智能农场采用物联网平台和集成传感器的LoRa的节点,构筑完整的环境监测系统,监控农场关键环境参数,系统集合了牧畜的基本信息管理、牧企管理、检疫管理、牧场管理、定位报警监控、统计报表等功能。24小时监控农场,智能传感设备替代人工作业,大大降低人力成本,提高了所采集数据的准确性。牧民也可以通过APP搭建自己的围栏,关联牲畜。系统可以根据牲畜所在位置查看牲畜的出勤情况,如果牲畜不在围栏内,就会报警并向牧民发送信息。同时,牧民可以查看牲畜的基本信息、当前所在位置、健康状况,对牲畜进行导航和跟踪。

智慧博物馆

智慧博物馆方案以元安物联网使能平台为基础,为博物馆应用提供统一的计算和大数据服务,构建“云+端”的立体化服务体系。在博物馆环境中COTX-X系列LoRa网关能够与lora终端设备进行联动,终端数据信息上传至网关,网关则通过多种通信入网方式将数据入云。云端采用大数据分析博物馆采集上来的数据,实时显示博物馆现场情况,出现风险信息自动告警,管理人员收到告警信息后,可以远程控制现场的设备或者安排人员及时前往现场处置,将损失减到最小。

方案中的Lora无线震动探测器通过RFID读写器,在文物储藏柜中,实现对文物电子标签的实时扫描。根据文物展柜玻璃被敲击的情况,结合设定的策略,产生告警事件,实现展柜入侵探测的目的,起到安防系统眼睛的作用。对部分贵重文物的藏柜,进行24小时不间断地扫描。发现异常,自动报警,从而加强对文物的安全管理。

智慧园区

物联网技术的兴起和快速发展,使得"万物互联"成为可能,这使得构建智慧园区成为可能。LoRa技术作为物联网低功耗广域无线网新技术的典型代表,在智慧园区的通信网络建设中可以发挥其自身最大优势。

在智慧园区解决方案中元安物联以IoT平台打造智慧园区数字底座,通过COTX-X系列LoRa网关与LoRa声光报、无线烟感、门禁、地磁、水浸、人脸识别、空气温湿度、光照、PM2.5等设备进行联动,终端数据信息上传至网关,网关则通过多种通信入网方式将数据入云。云端采用大数据分析园区采集上来的数据,实时显示园区现场情况,出现风险信息自动告警,管理人员收到告警信息后,可以远程控制现场的设备或者安排人员及时前往现场处置,将损失减到最小。实时监控园区综合事态,结合应急预案和智能终端,做到园区人、车、物、事件的可视、可管、可控。

结语:

LoRa作为一种成熟、稳定的物联网技术,其发展势头非常迅猛,已形成庞大的生态系统,其产业链包括了终端硬件厂商、芯片厂商、模块网关厂商、软件厂商、系统集成商、网络运营商等。元安物联作为一家专注于物联网和物联网安全的解决方案提供商,凭借多年的物联网技术积累,将LoRa等物联网技术与定位技术相结合,充分运用LoRa的低功耗、远距离、小数据传输的技术优势,为企业提供专业的物联网解决方案,既可以企业私网地模式搭建,也可以遵从LoRaWAN协议标准来实现系统的可扩展性。目前,基于LoRa的物联网及定位技术可以支持智慧农业、博物馆、资产追踪、智慧园区等诸多场景。未来,元安物联会提供更低功耗的追踪定位方案,与LoRa生态伙伴们共同努力,创建更加安全、智能、高效的工作环境。

更多内容可关注“元安物联微信公众号”

物联网工程技术员:让传统行业更加智能化

胡福成(右)在指导团队人员工作。

近日,东南网策划“数字经济催生新职业”系列报道,选取多个新兴行业内的代表,走近他们,请他们讲述新职业背后的故事。

近年来,随着物联网技术的快速发展和深入应用于各产业领域,市场对物联网工程技术员的需求也日渐增多。那么,这项新职业具体是做什么呢?据了解,物联网工程技术员是指从事物联网架构、平台、芯片、传感器、智能标签等技术的研究和开发,以及物联网工程的设计、测试、维护、管理和服务的工程技术人员。

智能电子价签

重构“人、货、场”新零售场景

“90后”的胡福成是福州一家信息公司的科技研发部副总裁,也是物联网工程领域的资深技术人员。他所在的公司是一家专注物联网技术和互联网技术的国家高新技术企业,公司首创的LCD云媒体智能电子价签能运用在百货商超、医药健康、文化娱乐等不同领域。

连日来,胡福成因为工作忙得团团转。一个新项目在某社区内上线,他和团队需要时刻盯在现场,及时协调并解决可能出现的相关技术问题。

“产品设计研发从‘0’到‘1’过程很艰辛,作为物联网工程技术员,你需要设计产品上线的框架协议、搭建相关系统,还要经过测试、试用等阶段。而产品从‘1’到‘N’的过程就比较顺畅,有了前期的基础,在数据支撑、系统框架等方面都能有序接入。”胡福成告诉记者。

物联网是通过射频识别、激光扫描器等信息传感设备,按约定把物品与互联网连接,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。胡福成介绍,物联网技术的开发应用,就是把传统行业变得更加智能化、信息化。例如,通过物联网技术的应用,可以实现对农业生产过程的远程监控,提高智能化水平,监控气候变化、病虫害防治以及农作物生长情况等。通过相应技术手段的应用,使用各种智能化的技术设备,采集各种相关数据,有效监控各个环节,还能实现对农业产品的追溯。

胡福成每天工作都要与各种系统、代码打交道。他说,物联网工程技术员可以分软件、硬件两大类别,他主要涉及软件部分。硬件部分则涉及传感器的研发应用等。他现在负责公司物联网数据采集层、数据传输层、业务应用层的数据传输协议和接口规范定义及云平台架构搭建,并制订产品解决方案。

“我们根据公司项目需求,会撰写相关通信协议程序,接收后台的指令和数据,并进行展示和呈现。例如,公司所研发的智能电子价签,就是针对商超价格变换频繁、耗时费力等痛点,利用数字化改变零售智能场景,重构了‘人、货、场’新零售的场景。与传统价签相比,由于利用了物联网技术,电子价签即使网络断开也可进行改价、展示等,还能够同步后台ERP系统实现自动改价,无须人工干预。不仅能助力门店数字化转型,同时还能进行线上引流等。”

物联网行业

人才需求缺口较大

当前,我国物联网技术处于高速发展期,技术实现进入大规模应用阶段,研发型人才的比例正在逐渐降低,技术型和技能型人才比例随之高速增长。

去年,人力资源和社会保障部发布《新职业——物联网工程技术员就业景气现状分析报告》。报告显示,未来五年物联网行业人才需求缺口总量超过1600万人。当前,物联网工程技术员从业人员已经超过200万,遍布在全国众多城市。其中,智能制造业、智慧农业、智能家居、智能交通与车联网、智能物流以及消费者物联网产业等,都是物联网人才需求的重点领域。

胡福成说,以福州市场为例,一些好的物联网技术人才年薪可达20万~30万元。不过能独当一面、挑大梁的人才还是比较少。

时下是高校招生季,记者注意到,国内许多高校开设了物联网工程专业,以培养人才,满足行业需求。

胡福成大学所学专业是电子信息工程,在学校及日常工作中又学习并熟练掌握了计算机、信息与通信工程、模拟电子技术、物联网技术及应用、物联网安全技术等知识。关于如何成为一名优秀的物联网工程技术员,胡福成建议,除了理论知识功底要扎实,更重要的是要有实践经验,有不断学习、突破的能力。