GPS a basso consumo

GPS a basso consumo: Tecnologia brevettata Abeeway

Grazie agli algoritmi avanzati di risoluzione della posizione, la piattaforma e i tracker di Abeeway offrono informazioni sulla geolocalizzazione adatte a molti casi d’uso esistenti e nuovi. I normali tracker hanno bisogno di un lungo tempo di sincronizzazione con i segnali GPS e quindi di un tempo di ricezione che consuma molta energia. Nel frattempo, i tracker Abeeway richiedono solo pochi secondi. La migliore qualità del servizio, la maggiore durata della batteria e il comportamento multimodale configurato in modo intelligente vi offrono tutta l’affidabilità e la versatilità di cui avete bisogno.

Date un’occhiata più da vicino alla nostra rivoluzionaria tecnologia LP-GPS per capire come ci siamo riusciti!

GPS (Sistema di posizionamento globale) è il Sistema Globale di Navigazione Satellitare più utilizzato per fornire dati di posizionamento e temporizzazione continui. Il GPS è una costellazione di satelliti che trasmette continuamente un segnale radio contenente lo stato dei satelliti, informazioni sull’orologio, dati sulle effemeridi che forniscono una posizione precisa dei satelliti e un almanacco che definisce le orbite di tutti i satelliti.

Un ricevitore GPS intercetta i segnali dei satelliti visibili per determinare la distanza di ciascun satellite. Queste distanze, combinate con i dati delle effemeridi, permettono di calcolare la posizione del ricevitore con la tecnica chiamata “trilaterazione”. Come minimo, quattro satelliti devono essere in vista del ricevitore per poter calcolare quattro quantità sconosciute: latitudine, longitudine, altitudine e deviazione dell’orologio dall’ora del satellite. In un tipico dispositivo GPS, tutta l’elaborazione viene effettuata dal chipset, che richiede molto tempo di elaborazione e quindi energia.

GPS a bassa potenza: come funziona?

Con la tecnologia Low Power GPS, il tracker raccoglie solo i dati grezzi dai satelliti e li trasmette al server di geolocalizzazione di Abeeway attraverso la rete LPWAN (ad esempio LoRAWAN). Il server combina queste informazioni con le traiettorie satellitari note per calcolare la posizione finale. I dati sulle effemeridi e sull’almanacco sono già disponibili sul server e non devono essere raccolti dal dispositivo, con un notevole risparmio di energia per il tracker e un miglioramento del tempo di acquisizione del segnale GPS. Pertanto, l’intera lavorazione viene effettuata “nel cloud”, che è molto più veloce di quello interno al dispositivo e non spreca energia per i calcoli.

Nelle reti asincrone, come le reti LoRaWAN, il ritardo di trasmissione è deterministico: L’algoritmo LP-GPS brevettato da Abeeway sfrutta le informazioni temporali della rete per calcolare le posizioni con soli 3 satelliti, aumentando ulteriormente i tassi di successo e migliorando ulteriormente il Time-to-First Fix e il consumo energetico.

Architettura GPS a bassa potenza Abeeway

Il tracker intercetta i segnali GPS dei satelliti visibili
Il tracker trasmette i dati compressi raccolti da un front-end GPS al server di assistenza GPS attraverso la rete Lora (& LoRa MAC Server).
Il server di assistenza GPS esegue il calcolo della posizione attraverso diverse fasi (prima di inviare i risultati al server applicativo Abeeway):

Elaborazione Fase effemeridi
Fase di calcolo della posizione
Correzione dell’orologio satellitare
Fase di post-elaborazione e filtraggio

GPS A BASSA POTENZA VS. GPS GPS

In buone condizioni, un dispositivo GPS a bassa potenza può avere un primo fix in pochi secondi con la stessa precisione di un dispositivo GPS standard, che può richiedere almeno 1 minuto di tempo per il primo fix (TTFF). Con la tecnica Low Power GPS, il chipset GPS non ha bisogno di raccogliere i dati delle effemeridi. È già disponibile sul server di geolocalizzazione, il che rende possibile il calcolo direttamente dopo la ricezione dei payload. Questo permette un importante guadagno di tempo.

In condizioni difficilicioè in condizioni di scarso segnaleIl posizionamento GPS a basso consumo consuma meno e funziona meglio del GPS.. Perché? Un chipset GPS ha bisogno di un segnale molto buono per raccogliere le effemeridi indispensabili per un primo fix. Con un segnale scarso è molto difficile catturare le effemeridi, quindi un normale ricevitore GPS spenderà molta energia per cercare di raccoglierle, e molto probabilmente non ci riuscirà. Anche considerando che il GPS a basso consumo può avere bisogno di un satellite in più rispetto al GPS, quando i segnali radio dei satelliti sono deboli non fa differenza, perché il GPS non riesce a fornire una posizione, mentre il GPS a basso consumo la fornisce. Poiché le effemeridi sono già presenti sul server, la tecnologia GPS a basso consumo non necessita di un segnale forte per fornire una posizione. La sua precisione dipenderà dal segnale, ma almeno il GPS a bassa potenza consentirà di localizzare il dispositivo con un errore massimo di 50 metri.

Il GPS a basso consumo aumenta enormemente le prestazioni del GPS: il consumo di energia è ridotto di un fattore da 5 a 10 a seconda delle condizioni del segnale, grazie alla massiccia riduzione del TTFF (Time To First Fix). TTFF (Time To First Fix).

I segnali GPS sono già molto deboli quando arrivano sulla superficie terrestre. I satelliti GPS trasmettono solo 27 W (14,3 dBW) da una distanza di 20.200 km in orbita sopra la Terra. Quando i segnali arrivano al ricevitore dell’utente, sono in genere deboli fino a -160 dBW. All’aperto, i segnali GPS sono tipicamente intorno al livello di -155 dBW (-125 dBm). La sensibilità di un GPS è la sua capacità di estrarre e calcolare una posizione da un segnale. Controlliamo i seguenti grafici:

Un normale GPS autonomo ha un TTFF all’avvio a freddo di 40 secondi nel caso migliore (segnale superiore a -140 dBm). Ciò significa che consumerà energia per 40 secondi prima di dare una posizione. E a -147 dBmil GPS non è più in grado di ottenere un fix.

Il GPS a bassa potenza, al contrario, può fornire un fix in meno di 5 secondi in condizioni di vendita, ma continua a funzionare anche con segnali molto più deboli, fino a -155 dbm. LP-GPS è molto più robusto in condizioni meteorologiche avverse e converge molto più rapidamente del GPS in condizioni di avviamento a freddo, ad esempio per tutti i casi di localizzazione indoor-outdoor.
Di conseguenza, Il GPS a bassa GPS a bassa potenza fornisce una copertura migliore rispetto al GPSTutte le aree con un segnale debole che un normale GPS non è in grado di utilizzare possono essere considerate “scoperte”. Ma poiché il GPS a bassa potenza può ancora operare con successo in questi luoghi, la sua copertura è estesa. Il GPS a basso consumo funziona in luce diurna in ambienti chiusidove il GPS non riesce a trovare una posizione dopo l’accensione.
GPS e LP-GPS non si escludono a vicenda; ad esempio, quando un bene è immagazzinato in un magazzino e viene trasportato all’aperto, il primo fix sarà ottenuto in pochi secondi utilizzando LP-GPS, ma dopo un po’ di tempo all’esterno, il GPS sarà completamente avviato (“caldo”) e quindi il tracker potrà continuare a utilizzare il normale GPS locale (ad esempio, per calcolare la media di più posizioni internamente prima di ogni trasmissione LPWAN) o continuare con LP-GPS, a seconda della configurazione.

La soluzione di Abeeway non richiede messaggi in downlinkCiò significa che il server, una volta elaborati i dati e calcolate le posizioni, non deve comunicare nulla al dispositivo. In questo modo si risparmia energia aggiuntiva al dispositivo.
Il motore di localizzazione di Abeeway si avvale di un algoritmo di fusione multi-tecnologia, che passa dinamicamente dalla modalità di geolocalizzazione LP-GPS, GPS, WiFi e BLE e fornisce senza soluzione di continuità una posizione al minor costo energetico possibile.

Esempio di tracker multimodale: GPS – LP GPS – WIFI

Prova di guida con un tracker che segnala posizioni successive con GPS/LP GPS/WIFI. Si evince che nelle aree urbane il GPS a bassa potenza è di gran lunga superiore al GPS. Il localizzatore è stato inizialmente collocato in un’auto parcheggiata sottoterra. Il normale GPS è stato in grado di fornire un primo fix dopo circa 20 minuti, mentre durante questo periodo l’LP-GPS e lo sniffing WiFi hanno ottenuto più di una dozzina di fix.

ThingPark® Location: Il motore di localizzazione modulare integrato di Actility motore di localizzazione modulare per tracker Abeeway multi-tecnologia a bassa potenza

Abeeway Location Engine, che sfrutta diverse tecnologie di geolocalizzazione, tra cui LP-GPS, è integrato in ThingPark® Location di Actility, la soluzione ideale per i casi d’uso di tracciamento IoT. Combina la comunicazione a basso consumo utilizzando LoRaWAN®, con algoritmi avanzati di risoluzione della posizione e tecnologie di localizzazione a basso consumo utilizzando Wifi e GPS con ottimizzazione brevettata per vincoli IoT a basso consumo.