实施对于物联网(IoT)的成功至关重要，但提供位置感应设备等解决方案通常需要采用整体方法。来自高品质模拟和混合信号半导体产品供应商Semtech的LoRaEdge地理定位解决方案，利用直接解调和云计算等先进技术，不仅可以提高效率，还可以降低成本并增强易用性，从而展示以及这种整体设计方法。基于传统技术的位置传感设备的一个常见问题是，它们的解决方案通常需要在板级集成多个射频(RF)前端，因为除非集成商知道标签只会在严格控制的环境中使用,他们必须能够从多个来源获取位置信息。虽然全球导航卫星系统(GNSS)服务在室外运行良好，但室内定位通常需要能够接收Wi-Fi信号以进行定位。需要另一个射频接口来支持物联网应用的低功耗射频通信。Semtech的解决方案使用软件定义的无线电技术将这三个独立的射频前端集成到一个单元中。来自三个天线的信号通过一个低噪声放大器传送到一个模数转换器(ADC)，后者直接馈入数字解调器。这使得处理从低于1GHz频段的LoRa通信到北斗和GPS卫星星座传输的信号的一切成为可能。借助软件无线电，信号可以驻留在输入信号的特定部分而不会浪费资源，这些元素可以根据情况调整功能，并最大限度地延长电池寿命。定位信号处理的一个例子是地理标记要求的核心，它可以在室内和室外使用。当要求标签获取其位置时，它必须确定哪种定位技术是最好的。如果标签在外面，它应该能够轻松检测到GNSS信号。LoRaEdge通过低功耗扫描模式使用此原理，当外部控制器尝试获取位置时可以激活该模式。在LoRaEdge地理定位解决方案中，固件将处理GNSS频段上的预期信号长达0.65秒。只有当接收器检测到信噪比大于-134dB的GNSS信号时，接收器才会尝试进一步处理。如果成功，接收器固件会将其处理更改为具有更高灵敏度的算法，以尝试找到多达8颗信号强度高于-141dB的卫星。如果有足够多的卫星，接收器将获得足够的数据以支持在1.65秒内进行精确定位。一旦捕获到信号，接收器就可以停止处理以节省电量，这与传统的GNSS接收器不同，后者可以继续接收信号。该定位方案并不试图在本地处理接收到的卫星数据，而是将数据元素组合成一条消息，然后传输到云端服务器进行处理，减轻了将接收到的卫星消息转换为准确数据所需的大量处理定位信号。如果GNSS不可用，LoRaEdge地理定位芯片组可以切换到来自2.4GHz天线的解码信号。与GNSS实施一样，RF引擎不会尝试完全解码和处理数据。它只关注远程云计算服务所需的那些元素，以利用Wi-Fi协议的结构来确定准确定位。RF引擎可以将任何数据传输到附近的Wi-Fi路由器，而无需完全依赖被动扫描。在WiFi扫描模式下，接收器捕获符合2.4GHz频段上使用的802.11b、g或n型协议的信号。接收器固件可以通过监听Wi-Fi路由器并在传输任何有用数据之前使用前导码来选择正确的数据包。一旦接收到数据包的第一个字节，固件就会解调信号并捕获字节，直到它具有完整的接入点MAC地址。此时，无需再监听WiFi接入的更多数据。它会简单地存储地址和相关的信号强度值，然后关闭RF前端以节省电量。通常，为了能够从Wi-Fi获得准确的位置，主机需要捕获附近几个接入点的MAC地址。因此，主机控制器可以连续多次激活被动扫描模式，直到有足够的容量可用。为避免在Wi-Fi接入区浪费功率，RF引擎可以实施超时模式，如果没有发送有效数据包，该模式会自动禁用接收器，直到主机控制器决定重试。一旦主机有了MAC地址列表和信号强度指示，主机就可以将该数据传递到云平台以转换为地理位置，就像GNSS数据一样。利用云计算技术，不仅可以进行优化，还可以从接收到的射频信号中提取尽可能多的信息，从而将电池寿命从几个月延长到两到三年。RF引擎的软件定义特性允许进一步优化成本。访问云计算服务以传输位置请求和其他物联网数据不需要使用额外的射频设备。当接收器完成获取GNSS数据后，主机控制器可以将RF引擎切换到无线电模式，以访问其提供的LoRaWAN接入功能。发送打包数据后，射频引擎可以切换到准备响应的接收模式，也可以切换到低功耗待机模式，等待预定时间从远程服务器接收命令或响应。安全特性LoRaEdge地理定位解决方案的配置方式意味着数据包发送位置的选择完全由集成商或服务运营商决定。LoRaEdge充分利用了LoRaWAN协议的安全特性。内置安全性是LoRaWAN的关键组件，可实现应用程序数据的端到端加密。这是在网络级加密层之上，用于防止未经授权的节点获得访问权限。调试过程涉及对加入服务器的请求，该服务器执行身份验证例程并使用基于AES的标准协议检查设备的凭据。在身份验证过程之后，连接服务器和设备合作创建可用于保护网络消息安全的会话密钥。然后，它的设备可以使用类似的过程对用户自己的服务器进行身份验证。这样，应用程序和网络运营商就无需共享密钥。Web和应用程序服务之间的区别对于云定位服务和其他应用程序用例一样重要。LoRaCloud和LoRaEdge地理定位解决方案旨在通过确保任何定位请求来自客户自己的应用程序服务器来实现这一点，而不是让设备本身在网络级别发出请求。这样，集成商就可以为自己确定最佳的应用程序架构。如果地理定位应该被报告回标签，这可以由用户自己的系统在应用层处理。但在许多情况下，数据不必存储在设备本身上：它可以保存在云端并仅在必要时分发。同时，LoRaEdge地理定位解决方案的设计为用户提供了一种方便的机制来存储网络和应用程序访问所需的加密密钥。使用用于在启动时加入LoRaWAN网络的密钥数据对安全内存区域进行编程，并支持存储自定义密钥以供用户应用程序使用的能力。作为安全存储器，无法从设备中读取密钥。片上逻辑执行访问LoRaWAN功能所需的所有安全和加密操作。总之，得益于从RF接口到云端的精心选择的架构和实施，LoRaEdge地理定位解决方案展示了如何使用系统级方法来实现物联网设备的能效承诺并实现更简单的设计。
