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LoRaWAN在物聯網中起什麽作用?

2018-06-07科學

LoRa是一種低功耗遠端無線通訊技術,今年5月22日,甘肅省白銀市黃河石林山地百公裏越野賽發生了公共安全事件,21人遇難,8人受傷。這一事件引發社會各界和民眾的廣泛關註,在問責主辦方的同時,我們可以考慮一下使用何種技術手段來提高安全,避免這樣的災難。而從已有的經驗看,LoRaWAN技術有著明顯的優勢,從參賽者手環到賽事中對運動員進行即時監測,在實際套用場景中,這一物聯網技術都可以發揮出重要作用。

作為世界上最具挑戰性的超級馬拉松賽賽事之一,Tor des Géants的參賽者要在150個小時以內的時間裏跑完330公裏的路程,其中海拔高度有變化的路段超過24000公尺,參賽者要每天24小時在其中連續跑幾天,每次間隙休息最多只有20分鐘。

黑暗、疲勞、寒冷和海拔高差都是非常危險的因素,要應對這種比賽,必須要有極高水平的訓練,最重要的是要有確保參賽者安全的裝置。Elmec集團的子公司LPWAN連線服務提供商、LoRa聯盟的創始成員之一Everynet與Tor des Géants賽事組織方VDA trail和救援團隊一起,為及時救援提供了必要的技術:給每位選手配備傳感器監測系統——由於為每位參賽者都配備了一個基於LoRaWAN技術的傳感器,所以即使在蜂巢式網路無法接入或無法覆蓋的地方,也能持續監測運動員的位置,並且能在危險情況下發送報警訊號。

Tor des Géants的參賽者要在150個小時以內的時間裏跑完330公裏的路程

該救援系統已經在2017年的賽事中進行了測試,在測試過程中,一名參賽者因睡眠中風而從懸崖上摔下來。由於使用了LoRaWAN技術和Everynet的物聯網平台,因此可以接收運動員發出的警報,工作人員可以確定出參賽者被困的區域並進行營救,將其迅速帶到安全地帶。在2019年的比賽中,有一名運動員由於寒冷和脫水導致身體不適,並在賽場邊緣停留了一段時間。幸運的是,他身上攜帶的追蹤器報告了這一異常情況,隨即被高效的救援隊及時救出,並轉移到急救室。

在2019屆Rampigada馬拉松賽中則采用了更為先進的監測系統,該賽事是一個半程馬拉松,在San Domenico di Varzo(VB)的皮埃蒙特(Piedmontese)滑雪勝地舉行。Everynet提供了一台閘道器去追蹤覆蓋範圍內的人員。同一個LoRaWAN網路將幫助賽道管理人員立即辨識出遇到困難的滑雪者和登山者發出的訊號。該系統使用了一個特制的傳感器,這是與救援隊合作的結果。另一台閘道器網路已經安裝在Campo dei Fiori上,這是瓦雷澤地區(Varese)的主要山脈,是徒步旅行者和自然愛好者的目的地,因此他們可以毫無風險地進入森林。

Everynet的這個人員攜行式的接觸追蹤裝置采用LoRa傳送訊號

Everynet的LoRaWAN技術由Semtech提供,Semtech市場戰略總監甘泉認為LoRa在室外超級馬拉松套用中有多種優勢,包括廣覆蓋、抗幹擾、低功耗和易於部署。「LoRa可以使用少量閘道器實作對整個賽事區域的無死角覆蓋。由於比分組域缺乏營運商的網路覆蓋,使用LoRa覆蓋是最佳選擇,」甘泉說,「LoRa具有超強的抗噪特性,可以保證運動員的數據穩定上傳。此外,運動員使用的手環、報警器或追蹤器的無線連線功耗非常低,可以保證超長的待機時間。由於LoRa在國內工作於ISM頻段,且LoRaWAN閘道器協定為閘道器協作,其部署簡單,成本很低,可以按需部署。」

LoRa的遠距離特性符合類似馬拉松這樣的長距離賽事運動的需求,包括高鏈路預算、高靈敏度來源和上下行鏈路預算基本對稱等特性。由於是展頻技術,LoRa可以在雜訊之下最高20dB正常接收(LLCC68支持17.5dB之下),而FSK理論上需要在雜訊之上8dB才能保證要求的PER。另外,LoRa能夠容忍更強的突發性的隨機幹擾,靈敏度惡化<3dB。

長時程賽事對便攜電子裝置的續航能力是一個考驗,從Everynet給Tor des Géants賽事提供的裝置看,為期一周的比賽,大多數裝置在比賽結束時所使用的電量不超過其電池總量的30%,這正是得益於LoRa的低功耗特性。由於采用輕量級智慧化的私有/共有協定通訊,其網路節點不需要定期和基站同步,節點和網路的信令互動少,系統可以根據訊號品質動態調整節點速率和發射功率,這些都降低了系統功耗。一個LoRa的運動手環,可以工作超過2周。

從部署上看,野外超級馬拉松現場許多區域都沒有蜂窩訊號,需要架設一個LoRa閘道器,一般架設在較高處且不能有遮擋,由於LoRa閘道器的功耗非常低,一般小於5瓦,因此一塊蓄電池可以支持幾十天,足夠完成整個馬拉松比賽。馬拉松計畫管理組可以透過有線或無線的方式將LoRa閘道器與本地套用伺服器連線。LoRa閘道器可以無死角的覆蓋整個馬拉松的場地,運動員的手環帶有GPS定位和心跳報警等功能,可以即時與LoRa閘道器進行通訊,將運動員的位置資訊和身體狀態資訊及時的傳達的計畫管理組的平台上。

據悉,由於目前國內馬拉松大多是在城市而非野外舉辦,所以LoRa技術更多被用於野外訓練、拉練等計畫的管理中,相信隨著百公裏越野賽對安全設施要求的提升,LoRaWAN的套用將得到進一步的推廣。

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