Low-power GPS - Abeeway

Low-power GPS: Abeeway patentierte Technologie

Mit fortschrittlichen Algorithmen zur Standortbestimmung bieten die Abeeway Plattform und die Tracker Ihnen Geolocation-Intelligenz für viele bestehende und neue Anwendungsfälle. Herkömmliche Tracker benötigen in der Regel eine lange Synchronisationszeit mit den GPS Signalen, was zu einer verlängerten Empfangszeit führt, die viel Strom verbraucht. Die Abeeway Tracker benötigen dagegen nur wenige Sekunden. Unsere bessere Servicequalität, die längere Akkulaufzeit und das intelligent konfigurierte multimodale Verhalten bieten Ihnen die Zuverlässigkeit und Vielseitigkeit, die Sie brauchen.

Werfen Sie einen genaueren Blick auf unsere bahnbrechende LP-GPS-Technologie, um zu verstehen, wie wir das erreicht haben!

GPS (Global Position System) ist das am weitesten verbreitete globale Satellitennavigationssystem, das kontinuierliche Positions- und Zeitdaten liefert. GPS ist eine Satellitenkonstellation, die kontinuierlich ein Funksignal aussendet, das den Satellitenstatus, die Uhrzeit, die Ephemeriden mit der genauen Satellitenposition und den Almanach mit den Umlaufbahnen aller Satelliten enthält.

Ein GPS-Empfänger fängt Signale von sichtbaren Satelliten auf, um die Entfernung der einzelnen Satelliten zu bestimmen. Diese Entfernungen in Verbindung mit den Ephemeridendaten ermöglichen die Berechnung der Position des Empfängers mit Hilfe der so genannten „Trilateration“. Es müssen mindestens vier Satelliten im Blickfeld des Empfängers sein, damit dieser vier unbekannte Größen berechnen kann: Breitengrad, Längengrad, Höhe und Abweichung der Uhr von der Satellitenzeit. In einem typischen GPS-Gerät erfolgt die gesamte Verarbeitung durch den Chipsatz, was viel Rechenzeit und damit Energie erfordert.

LOW-POWER GPS: Wie funktioniert es?

Bei der Low Power GPS Technologie sammelt der Tracker nur die Rohdaten von den Satelliten und überträgt sie dann über das LPWAN-Netzwerk (z. B. LoRAWAN) an den Geolocation-Server von Abeeway. Der Server kombiniert diese Informationen mit bekannten Satellitenflugbahnen, um die endgültige Position zu berechnen. Die Daten über die Ephemeriden und den Almanach sind bereits auf dem Server verfügbar und müssen nicht vom Gerät erfasst werden, was dem Tracker erhebliche Energieeinsparungen verschafft, da die Zeit zur Erfassung des GPS-Signals verkürzt wird. Daher findet die gesamte Verarbeitung “in der cloud” statt, was viel schneller ist als im Gerät selbst und keine Energie für die Berechnung verschwendet.

In asynchronen Netzwerken wie LoRaWAN-Netzwerken ist die Übertragungsverzögerung deterministisch: Der patentierte LP-GPS-Algorithmus von Abeeway nutzt die Zeitinformationen des Netzwerks, um die Position mit nur drei Satelliten zu berechnen, was die Erfolgsrate weiter erhöht und die Zeit bis zum ersten Fix und den Energieverbrauch weiter verbessert.

Abeeway Low-Power GPS Architektur

Tracker fängt GPS-Signale von sichtbaren Satelliten ab
Der Tracker überträgt komprimierte Daten, die von einem GPS-Frontend gesammelt wurden, über das Lora-Netzwerk (& LoRa MAC Server) an den GPS-Assitance Server
Der GPS-Assistenzserver führt die Standortberechnung in verschiedenen Schritten durch (bevor er die Ergebnisse an den Abeeway Application Server sendet):

Verarbeitung der Ephemeridenstufe
Berechnung der Positionsstufe
Korrektur der Satellitenuhr
Nachbearbeitungs- und Filterungsphase

GPS MIT GERINGER LEISTUNG VS. GPS

Unter guten Bedingungenkann ein Low-Power-GPS-Gerät eine erste Ortung vornehmen unter ein paar Sekunden mit der gleichen Genauigkeit wie ein Standard-GPS-Gerät, was mindestens 1 Minute Time To First Fix (TTFF) erfordern kann. Bei der Low-Power-GPS-Technik muss der GPS-Chipsatz die Ephemeriden-Daten nicht erfassen. Sie ist bereits auf dem Geolocation-Server verfügbar, so dass die Berechnung direkt nach dem Empfang der Nutzdaten möglich ist. Dadurch wird ein wichtiger Zeitgewinn erzielt.

Unter schwierigen Bedingungend.h. bei schlechtem Signalverbraucht die Low Power GPS-Ortung weniger und funktioniert besser als GPS. Warum? Ein GPS-Chipsatz benötigt ein sehr gutes Signal, um Ephemeriden zu sammeln, die für eine erste Positionsbestimmung unerlässlich sind. Bei einem schwachen Signal ist es sehr schwierig, die Ephemeriden zu erfassen, so dass ein normaler GPS-Empfänger viel Energie aufwenden muss, um sie zu erfassen, was ihm höchstwahrscheinlich nicht gelingt. Selbst wenn man bedenkt, dass Low Power GPS im Vergleich zu GPS einen zusätzlichen Satelliten benötigt, wenn die Funksignale der Satelliten schwach sind, macht das keinen Unterschied, weil das GPS überhaupt keine Position liefert, während das Low Power GPS eine Position liefert. Da die Ephemeriden bereits auf dem Server gespeichert sind, benötigt die Low-Power-GPS-Technologie kein starkes Signal, um eine Position zu ermitteln. Die Genauigkeit hängt vom Signal ab, aber zumindest ermöglicht das Low Power GPS die Lokalisierung des Geräts mit einem maximalen Abweichung von 50 m.

Low Power GPS erhöht die GPS-Leistung enorm: Der Stromverbrauch wird um den Faktor 5 bis 10 reduziert, je nach Signalbedingungen, durch massive Reduzierung der TTFF (Time To First Fix).

GPS-Signale sind bereits sehr schwach, wenn sie auf der Erdoberfläche ankommen. Die GPS-Satelliten senden nur 27 W (14,3 dBW) aus einer Entfernung von 20 200 km im Orbit über der Erde. Wenn die Signale am Empfänger des Nutzers ankommen, sind sie in der Regel so schwach wie -160 dBW. Im Freien liegen die GPS-Signale in der Regel im Bereich von -155 dBW (-125 dBm). Die Empfindlichkeit eines GPS ist seine Fähigkeit, eine Position aus einem Signal zu extrahieren und zu berechnen. Schauen wir uns die folgenden Diagramme an:

Ein normales autonomes GPS hat eine Kaltstart-TTFF von 40 Sekunden im besten Fall (Signal über -140 dBm). Das bedeutet, dass es 40 Sekunden lang Energie verbraucht, bevor es eine Position angibt. Und bei -147 dBmkann das GPS einfach keinen Fix mehr bekommen.

Low-Power-GPS hingegen kann einen Standort in weniger als 5 Sekunden in den Verkaufsbedingungen, funktioniert aber auch mit viel schwächeren Signalen bis zu -155 dbm. LP-GPS ist bei schlechten Wetterbedingungen viel robuster und konvergiert auch bei Kaltstartbedingungen viel schneller als GPS, z. B. für alle Anwendungsfälle der Innen- und Außenortung.
Infolgedessen, Low Power GPS eine bessere Abdeckung als bei GPSAlle Gebiete mit einem schwachen Signal, die ein normales GPS nicht nutzen kann, können als „unentdeckt“ betrachtet werden. Da das Low-Power-GPS jedoch auch in diesen Gebieten erfolgreich arbeiten kann, wird seine Reichweite erweitert. Low Power GPS funktioniert in Tageslicht in Innenräumenwo das GPS nach dem Einschalten keine Position finden kann.
GPS und LP-GPS schließen sich nicht gegenseitig aus. Wenn beispielsweise ein Objekt in einem Lagerhaus gelagert und ins Freie transportiert wird, erfolgt die erste Positionsbestimmung in wenigen Sekunden mit LP-GPS, aber nach einiger Zeit im Freien ist das GPS vollständig hochgefahren („heiß“), und dann kann der Tracker je nach Konfiguration mit normalem lokalem GPS (z. B. zur internen Mittelung mehrerer Positionen vor jeder LPWAN-Übertragung) oder mit LP-GPS fortfahren.

Die Lösung von Abeeway erfordert keine Downlink NachrichtenDas bedeutet, dass der Server nach der Verarbeitung der Daten und der Berechnung der Positionen nichts mehr an das Gerät zurückmelden muss. Das spart dem Gerät zusätzliche Energie.
Die Abeeway Location Engine nutzt einen Multitechnologie-Fusionsalgorithmus, der dynamisch zwischen LP-GPS-, GPS-, WiFi- und BLE-Geolokalisierungsmodus umschaltet und nahtlos eine Position mit den geringstmöglichen Energiekosten liefert.

Beispiel eines Multimode-Trackers: GPS – LP GPS – WIFI

Testfahrt mit einem Tracker, der mit GPS/LP GPS/WIFI aufeinanderfolgende Positionen meldet. Es zeigt, dass in städtischen Gebieten Low Power GPS dem GPS weit überlegen ist. Der Peilsender wurde zunächst in einem in der Tiefgarage geparkten Auto angebracht. Das reguläre GPS war in der Lage, nach etwa 20 Minuten einen ersten Fix zu geben, während dieses Zeitraums erzielten LP-GPS und WiFi sniffing mehr als ein Dutzend Fixes.

ThingPark® Location: Actilitys integrierte modulare Ortungs-Engine für Abeeway Multi-Technologie-Tracker mit geringem Stromverbrauch

Die Abeeway Location Engine, die mehrere Geolokalisierungstechnologien, einschließlich LP-GPS, nutzt, ist in Actilitys ThingPark® Location integriert, einer idealen Lösung für Ihre IoT-Tracking-Anwendungsfälle. Es kombiniert stromsparende Kommunikation über LoRaWAN® mit fortschrittlichen Algorithmen zur Standortbestimmung und stromsparenden Ortungstechnologien über Wifi und GPS mit patentierter Optimierung für stromsparende IoT-Zwänge.