系统级视角优化资产管理定位技术性能

资产管理是物联网支持的关键应用之一。智能设备和通信的结合使得完全自动跟踪库存中的任何工具或设备成为可能：一旦资产被移动，它就可以通过无线网络向任何需要跟踪的系统发送状态更新其中。这使得跟踪库存项目成为可能，而无需手动扫描它们或记录移动，因此可以提高资产管理系统的可扩展性。很多时候，资产很容易因为错过扫描操作或日志不完整而误入歧途。

当资产始终可以被跟踪时，所获得的收益不仅仅在于运营效率；它们导致创建新的商业模式。例如，在农业和建筑等多种行业，可以转向按使用付费的模式。当客户不需要提供服务所需的设备时，可以轻松地将其重新部署到另一个客户，从而免除他们将资金用于资本支出的需要。实时资产管理支持地理围栏等技术，防止资产在未经许可的情况下从一个位置移动到另一个位置。

尽管现在存在支持实时资产管理的技术，但传统实施方式存在问题。许多应用程序的一个障碍是单一的定位技术不可能满足他们的所有需求。另一个是当今使用的一些领先技术的能耗。

通常，使用三角测量过程执行定位。接收器将侦听许多具有已知位置的发射器，并使用信号强度、时间或到达或两者的组合来确定与这些源相关的位置。用于提供原始数据的最熟悉的技术是基于全球导航卫星系统 (GNSS)的技术，因为它被用于所有道路车辆导航系统。

虽然它提供了很高的精度，但只有在户外使用时才能依赖 GNSS：RF 信号非常微弱，不会深入建筑物。如果应用程序需要在室内或密集的城市环境中进行覆盖，这会使 GNSS 作为位置数据的唯一来源存在问题。物联网设备的第二个问题是 GNSS 接收器所需的能量。为了提供可靠的定位，GNSS 接收器需要保持活动状态，同时锁定范围内卫星的每个信号并解码它们的定时信号。对于低功耗物联网节点而言，此过程所需的信号处理通常计算量太大，因此需要使用某种形式的协处理器。

对于室内定位，需要 GNSS 的替代方案。一种高效的替代方案以 Wi-Fi 网络标准组的形式存在。通常，接收器将扫描来自范围内的 Wi-Fi 路由器的传输，并记录它们的相对信号强度。如果设备有这些 Wi-Fi 路由器的位置地图，则设备可以使用基于信号强度的三角测量来计算自己的位置。这种技术现在得到了广泛的支持，而且许多工作场所环境中 Wi-Fi 路由器的密度使其成为满足室内定位需求的有效选择。

另一种选择是 LoRaWAN 网络，它的好处是支持室内和室外使用。该协议采用到达时间的方法来更好地应对墙壁和窗户对射频信号的衰减，并提供100 m以内的精度，这对于一些不需要高定位精度的资产管理应用来说可能已经足够了，例如作为农业部门的地理围栏。

然而，为了支持需要高精度定位的资产管理应用，集成商面临部署多种接收器技术的需求，通常将 GNSS 和 Wi-Fi 结合起来以在室内和室外提供准确的结果。操作多个接收器的需要增加了总体功耗，这不仅来自于并行操作多个射频前端，还来自于需要使用更高性能的微处理器来处理不同的数据流和数字信号处理 (DSP) 操作。优化是可能的，例如如果可以修复另一个，则禁用其中一个，但结果是在许多情况下需要频繁更换电池，这会推高运营成本并削弱基于物联网的资产管理的商业案例。

管理不同的接收器会引入开发复杂性。必须集成来自不同供应商的接收器可能会导致信号完整性问题，从而影响 GNSS 接收器处理其低电平信号的能力。不同前端之间可能存在交互，从而导致难以识别和修复的错误。如果系统在不需要时试图禁用特定的接收器元件，则电源管理是一个进一步的挑战。当电路在状态之间切换时，它们可能会导致共享连接出现故障，从而破坏正在运行的设备的活动。

减少集成挑战的一种方法是选择单个前端设备，将所需的不同射频接收器组合在一起。然而，传统的多协议射频前端倾向于假设集成到智能手机或采用 Wi-Fi 和其他协议的类似系统中。这是浪费且可能耗电的硅片区域，因为大多数基于三角测量的定位算法只需要扫描信号并解码有限数量的数据包数据，例如时间戳和数据包标头。针对资产管理需求的专用接收器选项（例如 Semtech LR1110）提供了更好的解决方案。

借助支持多种 RF 协议的仅接收器前端，可以进行进一步优化。对能源消耗产生巨大影响的一种方法是利用物联网的连接性将大部分数字处理完全移出标签。没有绝对要求在设备上确定位置，特别是当大多数资产管理应用程序要求将位置修复通过云本身中继到服务提供商时。

LR1110 无需在本地执行复杂的 DSP 操作，而是通过用于提供其他状态更新的同一 LoRaWAN 连接将原始数据传递到 LoRa 边缘定位服务。云服务执行所有必要的计算并将位置数据中继到应用程序程序员确定的目的地。通过优化 LoRa Edge 服务，LR1110 可以仅对 GNSS 或 Wi-Fi 信号的重要部分而不是其全部内容进行采样，从而进一步降低功耗。通过限制设备本身所需的处理量，与现有技术相比，LR1110 将位置更新的功耗降低了十倍。

此外，客户可以随时完全控制要激活的射频前端。该设备可以随时在 GNSS 和 Wi-Fi 之间切换。可以执行此操作以获得对修复的更大信心——例如，用来自 GNSS 的更新来补充来自 Wi-Fi 的位置。或者它可能是为了适应不断变化的接收条件，例如如果设备从室内移动到室外位置时发生的接收条件。或者设备在从睡眠中醒来后可能无法获得更新的 Wi-Fi 信号，之前已经记录了来自 Wi-Fi 的信号。为了帮助在这种模式下节省电量，设备将限制在每个通道上寻找 Wi-Fi 前导信号所花费的时间。主机微处理器的固件可能确定它无法修复可用的 Wi-Fi 信号，因此切换操作模式以寻找 GNSS 传输。结果是标签的功耗比传统设计低一个数量级，将电池寿命延长至两到三年，并大大降低了服务提供商的运营开销。

由于安全性可能对位置感知标签的集成提出挑战，因此用于位置服务的专用射频前端提供了更方便的解决方案。资产管理服务提供商希望确保他们收到来自合法标签的信息。例如，为了使他们能够窃取资产或避免按使用次数付费，犯罪分子和用户可能会尝试生成错误读数，以表明设备在真正被驱走时已安全到位，或者只是创建拒绝-服务攻击。LR1110 将加密引擎与用于将密钥存储到其设计中的安全存储器集成在一起，以确保对通信的高水平保护，并且应用程序不易受到未经身份验证的设备的攻击。

Semtech 的 LR1110 形式的芯片与构成 LoRa Edge 解决方案的基于云的服务相结合，展示了对资产管理应用程序挑战的系统级分析如何提供更好的功能。LoRa Edge 的设计为集成商提供了一种低能耗、高性能的解决方案，适用于室内和室外，因此他们的客户可以尽可能广泛地使用定位技术。

审核编辑 黄昊宇