La geolocalización basada en la red @Sigfox

 Compartimos con ustedes este estupendo artículo de Nicolas Lesconnec que habla de distintas aproximaciones a la geolocalización y el uso del servicio de @Sigfox.

¿Cómo sabré dónde está mi objeto?

Esta es una de las preguntas que sigue apareciendo al diseñar una solución de IoT, o al intentar adaptar soluciones de conectividad diferentes en las buenas redes de referencia.

Como a menudo, no hay una bala de plata que coincida con todos los casos.

Voy a enumerar aquí varias aproximaciones a la geolocalización, profundizando en los detalles sobre cómo manejar estas preguntas al utilizar el servicio de Sigfox. (Habiendo trabajando en Sigfox durante 2 años, estoy obviamente sesgado.)

Siéntanse libres de ir a los comentarios para discutir los respectivos pros / contras de otras soluciones que conoce bien, o para ofrecer sugerencias.

 

Geolocalización basada en GNSS

GNSS significa Sistema Global de Navegación por Satélite.

El GNSS más conocido es el GPS, pero existen dos alternativas con diferente madurez: GLONASS ( ) y Galileo ( ).

Voy a utilizar GPS como un término genérico en el resto de este post, ya que es el término estándar de facto.

El principio de GPS es usar constelaciones satelitales para determinar la posición de un dispositivo, usando señales de tiempo. Este servicio está disponible en cualquier lugar, siempre y cuando esté en la línea de visión de varios satélites. Antes de saltar a la siguiente conclusión:

Acabo de poner un módulo GPS en mi dispositivo

asegúrese de que su Caso de Uso coincide con los puntos fuertes del GPS y que esté bien con sus limitaciones.

 

¿Cuándo usar GPS?

  • Ubicación al aire libre
  • Ubicación muy precisa, a nivel de la calle.
  • ·· El GPS proporciona ~ 15 metros de precisión.
  • La información es lo suficientemente importante para
  • ·· Coste de hardware adicional. El módulo GPS cuesta entre $ xy $ y ···
  • … Costos adicionales del ciclo de vida. El GPS tiene mucha energía, ya que necesita más de 30 segundos (y hasta minutos) para obtener una posición fija.
  • El consumo extra significa más costos ocultos: carga / sustitución frecuente de la batería (el tiempo humano es caro).

¿Cuándo no usar GPS?

  • Está buscando ubicaciones en interiores
  • Necesita años de autonomía, en pilas sencillas y sin intervención humana
  • Su solución debe ser muy simple, y usted no puede permitirse el costo adicional.

GPS y Sigfox

El seguimiento de activos es un Caso de Uso popular, y varias soluciones se basan en un GPS.

Dentro de la carga útil Sigfox de 12 bytes, puede empaquetar fácilmente 2 pares de latitud x longitud (6 bytes cada uno). Y hay maneras de optimizar esto para enviar tantos datos como sea posible dentro de un solo marco:

Enviar deltas a un punto anterior en lugar de coordenadas absolutas.

Si no es necesario recorrer toda la gama 90 ° S-90 ° N y 180 ° W-180 ° E, puede deshacerse de algunos bits aquí y allá

Puede redondear las coordenadas si no necesita 15m de precisión, y que un par de cientos de metros sea suficiente

 

Geolocalización basada en la red

Otro deseo demasiado frecuente:

Su red sólo hará una triangulación y me dirá dónde está el dispositivo

Suena bastante fácil.

La promesa es que la red será capaz de adivinar la ubicación de un dispositivo comparando cómo se recibe la señal enviada por un dispositivo (fuerza, tiempo de vuelo) en diferentes estaciones receptoras.

 

Pero lo que funcionaría bien con 4G (alto consumo de energía + alta densidad de red) no funcionan de la misma manera con las redes IoT que ofrecen celdas grandes que son tan simples como es posible, para mantener los costos operativos (así como los costos de suscripción) tan bajos como sea posible.

Hay un montón de reclamos flotando, con varios proveedores de tecnología y servicios que prometen mucho.

Mi punto aquí no es comparar las tecnologías, utilizando el mejor o el peor de los casos, dependiendo de dónde quiero liderar el punto de referencia, sino dar detalles sobre los servicios disponibles, ahora.

Sólo detallaré el servicio Sigfox actual, ya que carezco de detalles sobre la oferta actual de otros actores (operadores LoRaWAN u otros).

 

Geolocalización basada en la red Sigfox

Principio

Sigfox ofrece a sus usuarios un servicio basado en la red, que proporciona la ubicación de un dispositivo con una precisión kilométrica.

Este servicio está disponible hoy en día y es fácil de usar:

  • Configure un webhook, y su servidor de aplicaciones recibirá para cada mensaje lo siguiente:
  • ··latitud
  • ··longitud
  • ·· exactitud en metros del valor proporcionado. Se puede considerar como una puntuación de confianza.

Un par de minutos de configuración, y recibirá solicitudes HTTP personalizadas para cada mensaje recibido de uno de sus dispositivos

¿Cómo funciona?

La ubicación se calcula mediante la red Sigfox basada en dos informaciones principales:

  • Probabilística: Dadas las estaciones que recibieron el mensaje, con su Intensidad de Fuerza de Señal Recibida respectiva, podemos aproximarnos a la posición del emisor.
  • Aprendizaje de las máquinas: Con base en un conjunto de datos de mensajes basados ​​en GPS, podemos entrenar a un modelo que mejorará la precisión de la ubicación computada. Esta sigue siendo una oferta beta, y seguirá mejorando con la densificación de la red y los conjuntos de datos cada vez mayores que se están reuniendo.

Uso

El punto no es reemplazar el GPS, sino ofrecer una alternativa que permita:

  • La geolocalización sin el coste adicional de un módulo GPS
  • Agregar funcionalidad de geolocalización a soluciones ya implementadas

Este servicio se cotiza en una fracción del costo de la conectividad, dependiendo de su contrato.

Como desarrollador de soluciones, lo más difícil es reducir lo que su aplicación realmente necesita.

La ubicación de la precisión del medidor es por supuesto mejor que la kilométrica. ¿Pero su aplicación realmente necesita esta precisión, y los componentes adicionales y el costo coinciden con sus restricciones?

 ¿Cuándo usar la geolocalización basada en la red Sigfox?

·       Una precisión de unos pocos kms. es suficiente para su aplicación de seguimiento

·       ··· Desea saber si su activo está en el punto de almacenamiento A, sitio de cliente B, sitio de cliente C, en su camino entre B y C o en una ubicación inesperada.

·       La ubicación no es la característica principal de su aplicación.

¿Cuándo no usar la geolocalización de la red de Sigfox?

  • Obtener una precisión garantizada <100 metros es fundamental.
  • Tu dispositivo debe saber dónde está
  • ·· Al utilizar la ubicación basada en la red, la información es conocida primero por la aplicación en la nube.
  • ·· A menos que usted empuje esta información hacia abajo a su dispositivo, no es consciente de su posición.
  • ·· Como los sistemas GPS han sido diseñados como centrados en la navegación, en este caso el dispositivo es el primero en conocer su ubicación.

Ubicación en los interiores

Como se mencionó anteriormente:

  • El GPS no funciona bien en los interiores
  • La ubicación basada en red le indicará en qué sitio se encuentra su dispositivo, no en qué habitación.

Para una precisa geolocalización en interiores, hay tres enfoques principales:

  • Bluetooth beacons
  • Puntos de acceso Wifi
  • Soluciones patentadas de RF que no detallaré aquí.

Posicionamiento wifi

Cualquier dispositivo Wifi es capaz de escanear los hotspots circundantes, sin conectarse a ellos.

Al confrontar esta información con bases de datos que compilan la ubicación de los hotspots Wifi, puede obtener una ubicación muy precisa incluso cuando está en interiores.

Esta precisión puede estar entre unos pocos metros y un par de cientos de metros, dependiendo de la información que comparta y de la calidad de la base de datos local.

Hay tres proveedores principales que ofrecen acceso a las bases de datos de hotspots Wifi:

  • Google
  • Here.com
  • Combain

Todos ellos ofrecen sencillos puntos finales de API para recuperar instantáneamente la localización que corresponde a los hotspots de Wifi. Depende de usted comparar sus ofertas, sobre la base de precios y términos de uso.

Otro enfoque podría ser la compra de esas bases de datos, si mantener el control total vale la inversión inicial adicional en su caso.

Posicionamiento Wifi con Sigfox

Sin ninguna optimización, la carga útil de Sigfox de 12 bytes deja espacio para 2 direcciones Wifi hotspots MAC.

Servicio existente

Loka está ofreciendo un servicio de geolocalización Sigfox + Wifi, que se probó durante las Olimpiadas de Río de Janeiro para rastrear equipos de atletas.

Echa un vistazo a su sitio web para obtener más detalles: http://loka-systems.com/

Construir una demostración

Una versión de demostración básica con la placa Pycom SiPy y su módulo Sigfox + Wifi + BLE está disponible en Github.

Este demo se basa en la API de Google, pero el proveedor de conmutación sería bastante fácil y tendría un impacto cero en el propio dispositivo.

Para enviar el RSSI a lo largo de una mayor precisión, puede:

  • Dividir los datos en dos o más mensajes Sigfox
  • Comprima la dirección MAC, especialmente la información del fabricante.

Cuándo utilizar el posicionamiento Wifi

  • Al buscar una ubicación precisa en interiores
  • No puedo / No quiero lidiar con infraestructura extra
  • Los dispositivos se están moviendo dentro de sitios desconocidos

Cuándo no usar el posicionamiento Wifi

  • No quiero confiar en un tercero
  • Dispositivos que se mueven dentro de sitios remotos o no.

 
Bluetooth beacons

Una forma de obtener una ubicación precisa en interiores es usando Bluetooth beacons.

Esto se puede combinar con otra solución (GPS, basada en red) para poder realizar un seguimiento de los activos tanto en interiores como en exteriores.

Ya sea que tenga escáner que detecte los dispositivos entrantes y envíe la información del dispositivo 1234 visto por el escáner ABC.

También puede ser la otra manera, con el dispositivo de envío de la información que estoy viendo beacons ABC y XYZ.

Es entonces una cuestión de confrontar estas informaciones con su propia base de datos, sabiendo que el beacon XYZ se ha instalado en la sala de reuniones del tercer piso, y ABC en la escalera.

Es posible obtener una localización muy precisa usando sensibilidad y tiempo de vuelo, siempre que instale suficientes beacons.

Varios postores están ofreciendo soluciones en este campo, como Kontakt.io para mencionar uno que probé recientemente.

Bluetooth por sí solo no es suficiente para enviar estos datos, ya que sólo ayudará con la comunicación de extremo-a-extremo entre escáneres y faros. Usted necesita sus dispositivos para tener conectividad a bordo (Sigfox, Wifi, else), o sus puertas de enlace locales para estar conectado a Internet (Wired, Wifi).

Cuándo utilizar Bluetooth beacons

  • Necesita una localización exacta de interior: edificio, piso, habitación, sección, ..
  • Los dispositivos sólo se moverán dentro de los sitios conocidos
  • Puede administrar la implementación de la infraestructura local

Cuándo no usar Bluetooth beacons

  • Sus dispositivos se mueven entre sitios impredecibles
  • No se puede administrar la instalación en el sitio

TL, DR

No existe una forma única de abordar el desafío de la geolocalización para las soluciones IoT.

Antes de elegir entre uno de ellos, o una combinación de ellos, responder a un conjunto de preguntas básicas ayudará a hacer una elección informada: ¿

  • Cuál es la precisión mínima requerida por mi solución?
  • ¿Mi solución requiere una ubicación en exteriores solamente, sólo en interiores, o ambas cosas?
  • ·· Si está en interiores, ¿estará en sitios conocidos y administrados, o en cualquier lugar?
  • ¿Cuáles son las limitaciones de mi hardware y mi coste de vida?
  • ¿El dispositivo debe ser consciente de su ubicación?

 

Un último consejo: no haga su elección basada en las reclamaciones de los proveedores (ni siquiera la mía).

Pruebe, evalúe, compare: nada reemplaza una prueba con la palabra real.

Si quieres darle una oportunidad a Sigfox, estaría encantado de ayudarte, solo ponte en contacto en devrelations@sigfox.com (o twitter.com/nlesconnec)

Estoy trabajando duro para que sea sencillo y barato hacerlo, para que pueda tomar la decisión correcta para sus proyectos.”