Das Konzept der Übertragung der Signalverarbeitung in die Cloud ist nicht neu. Erstens ist VRAN (Virtual Radio Access Network) der Hauptweg zum Aufbau eines Netzwerks von Mobilfunkbetreibern. Zweitens basiert das IoT-Netzwerk von SigFox auf demselben Prinzip, wie aus seinen Patenten hervorgeht. Einfach gesagt, es ist alles unwirklich cool! Was können wir also tun, um nicht am Rande des Fortschritts zu sitzen, sondern uns dem Thema anzuschließen?
Die Geschichte des Problems ist wie folgt: Ich beschäftige mich seit langer Zeit mit Funknavigation und konnte einen so gemeinsamen Funkstandard im Internet der Dinge wie LoRa nicht passieren. Ich wollte wirklich eine Positionierung für ihn machen.
Die wirtschaftlichste Art der Positionierung ist der Differential-Entfernungsmesser in der englischen Terminologie Time Difference of Arrival ( TDOA ). Die Messgeräte bei dieser Methode können einkanalig sein, wodurch sie günstig mit mehrkanaligen Methoden mit Ankunftswinkel (AOA) verglichen werden. Das Verfahren erfordert das Messen der relativen Ankunftszeit von Signalen zu räumlich beabstandeten Metern.
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Es gibt zwei Möglichkeiten: die erste, um Messungen an eine Referenzzeitskala zu binden, die zweite, um die gegenseitige Ankunftszeit direkt durch die gegenseitige Korrelationsfunktion zu berechnen. Die zweite erfordert eine erheblich größere Bandbreite der Kommunikationskanäle mit dem Messgerät, weist jedoch möglicherweise eine bessere Störfestigkeit auf. Ich habe diesen Ansatz gewählt.
Es ist anzumerken, dass ich zur Vereinfachung der Darstellung das Problem der Synchronisation der Trägerfrequenz und der Abtastfrequenz der Zähler vorerst weglasse. Ich hoffe, dieses Thema in zukünftigen Veröffentlichungen behandeln zu können.
Mathematisch basiert der zweite Ansatz auf einer Kreuzkorrelationsfunktion (VKF). Technisch bedeutet dies, dass die Signalabtastwerte zur Berechnung des WKF an einen Ort übertragen werden müssen. Gleichzeitig müssen die Zeitproben einer Strahlungsquelle auf allen an der Positionierung beteiligten Messgeräten ausgewählt werden. Das heißt, um das konzipierte LoRa TDOA-Positionierungssystem aufzubauen, muss an jedem Messgerät ein SDR-Empfänger mit einem LoRa-Software-Demodulator angebracht werden, wie in diesem beliebten russischsprachigen Artikel beschrieben . Als nächstes müssen Sie auf jedem SDR-Zählerempfänger die ID der emittierenden Mittel zuweisen und eine Probe von Proben mit dieser ID an den Zentralcomputer senden. Der Zentralrechner kann dann beim Empfang von Probenpaketen mit einer ID den Berechnungsvorgang des WKF und den Positionierungsvorgang starten. Diese Struktur schien mir zu anspruchsvoll für die Leistung der Geräte und die Komplexität der Zählersoftware. Und mit einer Spitzenlast würde der Kommunikationskanal übermäßig belastet. Daher erinnerte ich mich an den Ansatz zum Aufbau der Signalverarbeitungsstruktur von Mobilfunknetzen, den sie seit langem verwenden, und in der 5G-Generation sollte dieser Ansatz obligatorisch werden.
Dieser Ansatz wird als Virtual Radio Access Network ( V-RAN ) bezeichnet. Sie können diese Wortkombination googeln. Ich habe eine Beschreibung nur auf Englisch gefunden. Im Wiki zu V-RAN gibt es etwas Sinnvolles, aber nach dem neuesten Konzept - Cloud Radio Access Network oder Centralized Radio Access Network ( C-RAN ). Das Konzept scheint weit von der Realität entfernt zu sein - "Raumschiffe pflügen die Weiten des Universums".
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Wie der Name schon sagt, besteht das Hauptmerkmal darin, dass die Signaldemodulation und alle nachfolgenden Verarbeitungsschritte in die Cloud ( Baseband Hotel ) übertragen werden. Mit diesem Ansatz werden die Kosten für den Kauf von Geräten reduziert, aber es fallen Kosten für die Anmietung von Cloud-Computern an, deren Höhe recht schnell und bequem und vor allem - entsprechend den dringenden Anforderungen - angepasst werden kann. Das bringt Einsparungen. Einsparungen werden in diesem Artikel oberflächlich untersucht. Und dies ist eine detailliertere Untersuchung des Konzepts.
Überraschenderweise ermöglicht die langsame Natur des Internet der Dinge die Verwendung eines solchen "Weltraum" -Ansatzes in der Volkswirtschaft!
Dazu müssen Sie Raspberry (oder einen anderen Linux-Computer mit RTL-SDR- und SOAPY-Unterstützung) und RTL-SDR selbst verwenden, über die mittlerweile eine relativ große Anzahl verfügt Haushalte Personen, laden Sie die Quelle oder die Binärdateien des Programms herunter, stellen Sie eine Verbindung zur Cloud her und sehen Sie sich Nachrichten im LoRa IoT-Nachrichtenaggregator an, z. B. The Things Network.
Und du brauchst schnelles Internet. Nun wird der Stream wie folgt berechnet: 200 kHz * 32 Bit (I, Q) = 6,4 Mbit / s. Dann wird dieser Stream komprimiert, es stellt sich heraus, dass ca. 3-4 Mbit / s Raspberry kontinuierlich in Richtung unseres Servers verlassen.
Schauen wir uns nun den Build- und Startprozess schrittweise an.
Hier ist der RTL-SDR, der in den Raspberry Pi 3 eingesetzt ist.
Hier ist der Quellcode für Software, die Beispiele aus RTL-SDR entnimmt, filtert, dezimiert und über Ihr Internet an die Cloud sendet. Dies dient dazu, die Datenrate zu reduzieren, die erforderlich ist, um das digitale Signal an die Cloud zu liefern. Software kann so zusammengestellt werden ungewöhnlich originell Mannschaften:
mkdir build cd build cmake .. make
Anschließend müssen Sie die Empfangsfrequenz (Standard ist 868,1 MHz), die Adresse und den Port des Verarbeitungsservers beim Start konfigurieren:
./Bolt5_Client host port [frequency]
und führen Sie das Programm aus. Wenn sie nachgibt
Dann geht alles gut und Sie können The Things Network (TTN) konfigurieren. Dies wird hier ausführlich beschrieben.
Zum Senden einer Nachricht benötigen Sie einen LoRa-Knoten. Der Einfachheit halber haben wir dieses Kit auf Arduino verwendet:
Dann müssen Sie die Testnachricht tatsächlich übertragen und sicherstellen, dass die Cloud LoRa funktioniert. Ein Beispiel für das Senden einer Nachricht mit Arduino und LoraWAN Shield finden Sie hier .
Derzeit ist es möglich, Nachrichten über das ABP-System zu senden (Aktivierung durch Personalisierung, Aktivierung durch Personalisierung).
In unserem Fall sieht die gesendete Nachricht folgendermaßen aus:
Eine in TTN empfangene und aufgezeichnete Nachricht sieht folgendermaßen aus:
Jetzt arbeitet das System in einem experimentellen, manuellen Modus. Verschiedene Wunder sind möglich, aber wir bemühen uns, alles so schnell wie möglich stabil zu machen. Da unser Hauptziel darin besteht, LoRa zu positionieren, suchen wir Freiwillige, die bereit sind, ihre Hardware (RTL-SDR und Raspberry oder einen anderen Computer) in nur einem bestimmten Bereich von St. Petersburg an unseren Server anzuschließen: den U-Bahnen Pionerskaya, Udelnaya und Kolomyagi . Wir haben bereits zwei Meter: einen an der Kreuzung der Kolomyazhsky Avenue und der Korolev Street, den zweiten im Liner Business Center in der Verbnaya Street. Mit Ihrer Hilfe möchten wir ein Netzwerk mit Geometrie erstellen, mit dem Sie LoRa im Bereich des spezifischen Parks positionieren können.
Wir für unseren Teil versprechen, hier über das System zu schreiben. Ich hoffe, wir haben genug Ressourcen für drei Monate, was ausreichen sollte, um ein LoRa-Positionierungssystem zu schaffen.
Nehmen Sie mit uns Radiosendungen für das Internet der Dinge ab!
Der Hauptentwickler dieses Wunders ist deef137 , bitte lieben und bevorzugen.