Agar Internet of Things (IoT) berfungsi, penerapan sangat penting, tetapi memberikan solusi - seperti perangkat penginderaan lokasi - sering kali memerlukan pendekatan holistik. Solusi geolokasi LoRa Edge Semtech memberikan demonstrasi yang menarik dari pendekatan holistik untuk desain ini, dengan memanfaatkan teknologi canggih seperti demodulasi langsung dan cloud untuk memberikan tidak hanya efisiensi energi yang tinggi tetapi juga biaya rendah dan kemudahan penggunaan.
Masalah umum dengan penginderaan lokasi berdasarkan teknologi konvensional adalah bahwa solusi sering kali memerlukan integrasi beberapa front-end RF di level papan sirkuit karena, kecuali integrator tahu bahwa tag hanya akan digunakan di lingkungan yang dikontrol ketat, mereka harus dapat memperoleh informasi posisi dari berbagai sumber. Jika layanan GNSS beroperasi dengan baik di luar ruangan, lokasi dalam ruangan sering kali memerlukan kemampuan untuk mengambil sinyal Wi-Fi untuk triangulasi posisi. Antarmuka RF lainnya juga akan diperlukan untuk mendukung komunikasi RF berdaya rendah untuk memenuhi aplikasi IoT.
Solusi Semtech menggunakan teknik radio yang ditentukan perangkat lunak untuk mengecilkan tiga ujung depan RF individual ini menjadi satu unit terintegrasi. Sinyal dari tiga antena dikirim melalui penguat noise rendah ke dalam satu konverter analog-ke-digital (ADC) yang diumpankan langsung ke demodulator digital. Hal ini memungkinkan untuk menangani berbagai macam sinyal, dari komunikasi LoRa di pita sub-1GHz, hingga sinyal yang dipancarkan oleh konstelasi BeiDou dan satelit GPS. Penggunaan radio yang ditentukan perangkat lunak memungkinkan untuk memasukkan bagian tertentu dari sinyal masuk tanpa harus membuang sumber daya pada elemen yang tidak diperlukan untuk berfungsi dan menyetel fungsionalitas sesuai dengan keadaan dan memaksimalkan masa pakai baterai.
Contoh pemrosesan sinyal yang bergantung pada situasi merupakan inti dari persyaratan tag geolokasi yang dapat digunakan baik di dalam maupun di luar ruangan. Saat tag ditanyakan lokasinya, itu harus menentukan teknologi lokasi mana yang terbaik. Jika tag berada di luar ruangan, seharusnya dengan mudah mendeteksi sinyal GNSS. LoRa Edge menggunakan prinsip ini melalui mode pemindaian daya rendah yang dapat diaktifkan oleh pengontrol eksternal saat mencoba mendapatkan posisi.
Hingga 0,65 detik, firmware dalam solusi geolokasi LoRa Edge akan memproses sinyal yang diharapkan dalam pita frekuensi GNSS. Hanya jika ia mendeteksi sinyal GNSS yang memiliki rasio signal-to-noise lebih dari -134dB, penerima akan mencoba memprosesnya lebih lanjut. Jika berhasil, firmware penerima kemudian mengubah pemrosesannya menjadi algoritme dengan sensitivitas lebih besar untuk mencoba menemukan sebanyak delapan satelit dengan kekuatan sinyal di atas -141dB.
Dengan jumlah satelit yang terlihat, penerima akan memperoleh data yang cukup untuk mendukung pemosisian yang akurat dalam total 1,65 detik. Setelah menangkap sinyal, penerima dapat menghentikan pemrosesan untuk menghemat daya, tidak seperti penerima GNSS konvensional yang terus menerima.
Solusi geolokasi ini tidak mencoba menangani data satelit yang diterima secara lokal, tetapi elemen data digabungkan menjadi pesan yang dapat dikirim ke layanan cloud untuk diproses, mengungkapkan banyak dari pemrosesan sinyal kompleks yang diperlukan untuk mengubah pesan satelit yang diterima menjadi pesan yang akurat. geolocation.
Jika GNSS tidak dapat diperoleh, chipset geolokasi LoRa Edge dapat beralih ke sinyal decoding dari antena 2.4GHz. Seperti implementasi GNSS, mesin RF tidak mencoba mendekode dan memproses data sepenuhnya. Ini hanya berfokus pada elemen yang dibutuhkan layanan cloud jarak jauh untuk menentukan geolokasi yang akurat, dengan memanfaatkan struktur protokol Wi-Fi.
Mesin RF tidak perlu mengirimkan data apa pun ke router Wi-Fi terdekat, bergantung sepenuhnya pada pemindaian pasif. Dalam mode pemindaian WiFi, penerima menangkap sinyal yang sesuai dengan jenis protokol 802.11b, g atau n yang digunakan dalam pita 2.4GHz. Firmware penerima dapat memilih paket sesuai dengan pembukaan yang digunakan oleh router Wi-Fi sebelum mereka mengirimkan data yang berguna. Segera setelah byte pertama dari data paket diterima, firmware mendemodulasi sinyal dan menangkap byte hingga memiliki alamat pengontrol akses media (MAC) titik akses penuh. Saat itu, tidak ada kebutuhan untuk mendengarkan data lagi dari akses WiFi. Ini hanya akan menyimpan alamat dan nilai kekuatan sinyal terkait sebelum mematikan front-end RF untuk menghemat daya.
Biasanya, untuk dapat memperoleh penentuan lokasi yang akurat dari Wi-Fi, tuan rumah perlu menangkap alamat MAC dari beberapa titik akses terdekat. Jadi, pengontrol host dapat mengaktifkan mode pemindaian pasif beberapa kali berturut-turut hingga cukup. Untuk menghindari pemborosan daya di area dengan akses Wi-Fi yang buruk, mesin RF dapat menerapkan mode batas waktu, secara otomatis menonaktifkan penerima jika tidak ada paket valid yang dikirim hingga pengontrol host memutuskan untuk mencoba lagi.
Setelah memiliki daftar alamat MAC dan kekuatan sinyal yang ditunjukkan, host dapat, seperti data GNSS, meneruskan data ke cloud untuk dikonversi ke geolokasi. Menggunakan cloud mengarah pada penghematan energi lebih lanjut selain pengoptimalan yang digunakan untuk menarik hanya informasi sebanyak yang diperlukan dari sinyal RF yang diterima, mendorong masa pakai baterai dari beberapa bulan menjadi dua hingga tiga tahun.
Sifat mesin RF yang ditentukan perangkat lunak memungkinkan pengoptimalan biaya lebih lanjut. Akses ke layanan cloud untuk mengirimkan permintaan lokasi dan data IoT lainnya tidak perlu menggunakan perangkat RF lainnya. Jika penerima telah selesai memperoleh data GNSS, pengontrol host dapat mengalihkan mesin RF dalam mode radio untuk mendapatkan akses ke fitur akses LoRaWAN yang disediakannya. Setelah data paket dikirim, mesin RF dapat dialihkan untuk menerima mode respons siap atau beralih ke mode siaga daya rendah untuk menunggu hingga waktu yang dijadwalkan untuk menerima instruksi atau respons dari server jarak jauh.
Fitur keamanan
Bagaimana solusi geolokasi LoRa Edge dikonfigurasi berarti bahwa pilihan tempat untuk mengirim paket data sepenuhnya menjadi milik integrator atau operator layanan. LoRa Edge memanfaatkan fitur keamanan protokol LoRaWAN sepenuhnya. Keamanan internal adalah komponen kunci LoRaWAN dan mengimplementasikan enkripsi ujung ke ujung untuk data aplikasi. Itu berada di atas lapisan enkripsi tingkat jaringan yang digunakan untuk mencegah node yang tidak sah mendapatkan akses.
Proses commissioning melibatkan permintaan ke Server Gabungan yang melakukan rutin otentikasi dan memeriksa kredensial perangkat menggunakan protokol berbasis AES standar. Setelah proses otentikasi, server dan perangkat bergabung untuk menghasilkan kunci sesi yang dapat digunakan untuk melindungi pesan jaringan. Perangkat kemudian dapat menggunakan prosedur serupa untuk mengautentikasi dirinya sendiri ke server aplikasi pengguna. Dengan demikian, tidak ada persyaratan bagi aplikasi dan operator jaringan untuk berbagi kunci.
Perbedaan antara layanan jaringan dan aplikasi sama pentingnya untuk layanan cloud-geolocation seperti halnya untuk kasus penggunaan aplikasi lainnya. Desain LoRa Cloud dan solusi geolokasi LoRa Edge memungkinkan hal ini dengan memastikan bahwa setiap permintaan koreksi lokasi dibuat dari server aplikasi pelanggan sendiri daripada meminta perangkat itu sendiri membuat permintaan di tingkat jaringan. Dengan cara ini, integrator dapat menentukan arsitektur aplikasi terbaik untuk dirinya sendiri. Jika geolokasi harus dilaporkan kembali ke tag, itu dapat ditangani pada lapisan aplikasi oleh sistem pengguna sendiri. Namun, dalam banyak kasus, data tidak harus disimpan di perangkat itu sendiri: data dapat disimpan di cloud dan didistribusikan hanya jika diperlukan.
Pada saat yang sama, desain solusi geolokasi LoRa Edge memberi pengguna mekanisme yang nyaman untuk menyimpan kunci enkripsi yang diperlukan untuk jaringan dan akses aplikasi. Area memori aman yang dapat diprogram dengan data kunci yang digunakan untuk bergabung dengan jaringan LoRaWAN saat pengaktifan dan mendukung kemampuan untuk menyimpan kunci kustom untuk digunakan oleh aplikasi pengguna. Sebagai memori yang aman, kunci tidak dapat dibaca dari perangkat. Logika Onchip melakukan semua operasi aman dan kriptografi yang diperlukan untuk mengakses fitur LoRaWAN.
Kesimpulannya, berkat pilihan arsitektur yang cermat dan penerapan luas antarmuka RF ke cloud, solusi geolokasi LoRa Edge menunjukkan bagaimana mungkin menggunakan pendekatan tingkat sistem untuk memenuhi janji efisiensi energi perangkat IoT dan mendukung dengan mudah.
Rincian penulis: Pedro Pachuca adalah Direktur, Produk Nirkabel, di Semtech
0 Comments