El concepto de transferir el procesamiento de señales a la nube no es nuevo. En primer lugar, VRAN (red virtual de acceso de radio) es la principal forma de construir una red de operadores móviles. En segundo lugar, la red IoT de SigFox se basa en el mismo principio, como se puede ver en sus patentes. En pocas palabras, ¡todo es increíblemente genial! Entonces, ¿qué podemos hacer para no quedarnos al margen del progreso, sino unirnos al tema?
La historia del problema es la siguiente: he estado involucrado en la navegación por radio durante mucho tiempo, y no podía pasar por un estándar de radio tan común en Internet de cosas como LoRa. Tenía muchas ganas de hacer posicionamiento para él.
La forma más económica de posicionamiento es el telémetro diferencial , en inglés terminología diferencia horaria de llegada ( TDOA ). Los medidores con este método pueden ser de un solo canal, lo que los compara favorablemente con los métodos multicanal con ángulo de llegada (AOA). El método requiere medir el tiempo relativo de llegada de señales a metros espaciados espacialmente.
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Hay dos opciones: la primera, para vincular las mediciones a una escala de tiempo de referencia, la segunda, para calcular el tiempo de llegada mutua directamente mediante la función de correlación mutua . El segundo requiere un ancho de banda significativamente mayor de los canales de comunicación con el medidor, pero tiene una inmunidad al ruido potencialmente mejor. He elegido este enfoque.
Cabe señalar que, por simplicidad de presentación, omito el tema de la sincronización de la frecuencia portadora y la frecuencia de muestreo de los medidores por simplicidad. Espero cubrir este tema en futuras publicaciones.
Matemáticamente, el segundo enfoque se basa en una función de correlación cruzada (VKF). Técnicamente, esto significa que las muestras de señal deben transferirse a un lugar para calcular el WKF. Al mismo tiempo, es necesario seleccionar las muestras de tiempo de una fuente de radiación en todos los medidores involucrados en el posicionamiento. Es decir, para construir el sistema de posicionamiento LoRa TDOA concebido, es necesario colocar en cada medidor un receptor SDR con un demodulador de software LoRa, por ejemplo, como se describe en este popular artículo en ruso. A continuación, en cada receptor de medidor SDR, debe asignar la ID de los medios emisores y enviar a la computadora central una muestra de muestras con esta ID. La calculadora central podrá, cuando reciba paquetes de muestras con una ID, iniciar el procedimiento de cálculo del WKF y el procedimiento de posicionamiento. Esta estructura me pareció demasiado exigente en cuanto al rendimiento del equipo y la complejidad del software del medidor. Y con una carga máxima, daría una carga excesiva en el canal de comunicación. Por lo tanto, recordé el enfoque para construir la estructura de procesamiento de señales de las redes celulares, que han estado utilizando durante mucho tiempo, y en la generación 5G este enfoque debería ser obligatorio.
Este enfoque se denomina Red de acceso de radio virtual ( V-RAN ). Puedes buscar en Google esta combinación de palabras. Encontré alguna descripción solo en inglés. Algo significativo en Wiki en V-RAN no lo es, pero según el último concepto: Cloud Radio Access Network o Centralized Radio Access Network ( C-RAN ). El concepto parece estar lejos de la realidad: "las naves espaciales aran las extensiones del universo".
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Como su nombre lo indica, la característica principal es que la demodulación de la señal y todos los pasos de procesamiento posteriores se transfieren a la nube ( hotel de banda base ). Con este enfoque, el costo de comprar equipos se reduce, pero existen costos para alquilar computadoras en la nube, cuya cantidad se puede ajustar de manera bastante rápida y conveniente, y lo más importante, de acuerdo con los requisitos urgentes. Esto trae ahorros. Los ahorros se examinan superficialmente en este artículo . Y este es un estudio más detallado del concepto.
Sorprendentemente, la naturaleza de baja velocidad de IoT hace posible utilizar un enfoque de "espacio" en la economía nacional.
Para hacer esto, debe tomar Raspberry (o cualquier otra computadora Linux con soporte RTL-SDR y SOAPY) y RTL-SDR, que ahora tiene un número relativamente grande hogares personas, descargue la fuente o los archivos binarios del programa, conéctese a la nube y mire mensajes en el agregador de mensajes de LoRa IoT, como, por ejemplo, The Things Network.
Y necesitas internet rápido. Ahora el flujo se calcula de la siguiente manera: 200 kHz * 32 bits (I, Q) = 6.4 Mbps. Luego, esta secuencia se comprime, resulta que aproximadamente 3-4 Mbit / s deja Raspberry en la dirección de nuestro servidor continuamente.
Ahora echemos un vistazo al proceso de compilación y lanzamiento por etapas.
Aquí está el RTL-SDR insertado en la Raspberry Pi 3.
Aquí está el código fuente del software que toma muestras de RTL-SDR, las filtra y las diezma, y las envía a la nube a través de Internet. Esto es para reducir la velocidad de datos requerida para entregar la señal digital a la nube. El software se puede ensamblar así inusualmente original equipos:
mkdir build cd build cmake .. make
Luego debe configurar la frecuencia de recepción (el valor predeterminado es 868.1 MHz), la dirección y el puerto del servidor de procesamiento al inicio:
./Bolt5_Client host port [frequency]
y ejecuta el programa. Si ella se da por vencida
, entonces todo va bien y puedes configurar The Things Network (TTN). Esto se describe en detalle aquí .
Para enviar un mensaje, necesita un nodo LoRa. Para simplificar, utilizamos este kit en Arduino:
Luego, debe transmitir el mensaje de prueba y asegurarse de que la nube LoRa esté funcionando. Aquí puede encontrar un ejemplo de envío de un mensaje utilizando el escudo Arduino y LoraWAN.
Por el momento, es posible enviar mensajes a través del sistema ABP (Activación por personalización, Activación por personalización).
En nuestro caso, el mensaje enviado se ve así:
Un mensaje recibido y grabado en TTN se ve así:
Ahora el sistema funciona en un modo experimental, manual. Son posibles varios milagros, pero nos esforzamos por hacer que todo sea estable lo antes posible. Dado que nuestro objetivo principal es posicionar LoRa, estamos buscando voluntarios dispuestos a conectar su hardware (RTL-SDR y Raspberry u otra computadora) a nuestro servidor en solo un área específica de San Petersburgo: Pionerskaya, Udelnaya y el metro de Kolomyagi . Ya tenemos dos metros: uno en la intersección de la avenida Kolomyazhsky y la calle Korolev, el segundo en el centro de negocios Liner en la calle Verbnaya. Con su ayuda, queremos crear una red con geometría que le permita posicionar LoRa en el área de Parque específico.
Por nuestra parte, prometemos escribir sobre el sistema aquí. Espero que tengamos suficientes recursos para tres meses, que deberían ser suficientes para crear un sistema de posicionamiento LoRa.
¡Únase a nosotros en las transmisiones de radio mineras para Internet de las cosas!
El desarrollador principal de este milagro es deef137 , por favor ama y favorece.