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5 coisas que você precisa saber sobre Serviços de Localização sem fio

Rastreando a localização de dispositivos modernos

Muitos dispositivos modernos apresentam serviços baseados em localização que usam dados geográficos em tempo real para rastrear sua posição física. Tecnologias como GPS, Wi-Fi, celular, códigos QR (QR CODE) e RFID fornecem os dados de posição que ajudam um dispositivo a calcular sua localização. O processamento pode ocorrer no próprio dispositivo ou em uma plataforma em nuvem. O uso de uma plataforma em nuvem para lidar com o peso do processamento pode permitir uma descoberta de localização mais rápida, maior precisão e economia de energia considerável. As informações de localização desempenham um papel importante na funcionalidade de dispositivos como rastreadores de ativos, wearables, aparelhos inteligentes, dispositivos de navegação e terminais de pagamento de ponto de venda.

Serviços de localização com GPS

O método tradicional de serviços de localização, Global Positioning System (GPS), utiliza uma rede de satélites; um dispositivo trava em vários desses satélites usando um receptor GNSS (Global Navigation Satellite System) integrado. A partir daí, o dispositivo é capaz de triangular sua própria localização cruzando sua distância de cada satélite com a localização exata de cada satélite no espaço. Uma das limitações dessa abordagem é a latência. Um satélite GPS normalmente tem uma taxa de transferência de apenas ~50bps. Seu tempo até a primeira correção (TTFF) também pode ser de vários minutos. Pode ocorrer interferência de grandes estruturas, limitando o GPS ao uso externo. Outra desvantagem dos métodos tradicionais de GPS é o alto consumo de energia, tornando-o inadequado para uso em dispositivos IoT alimentados por bateria. A Figura 1 ilustra o processo de aquisição de coordenadas via GPS.

Figura 1: Processo tradicional de descoberta de localização com GPS – Fonte: Nordic Semiconductor

A-GPS (GPS assistido) e P-GPS (GPS previsto) são dois tipos de assistência de nuvem GPS que são usados ​​para compensar as desvantagens de utilizar um receptor GNSS. Em ambos os cenários, os dados essenciais do GPS são enviados ao dispositivo por meio da nuvem e de um modem LTE em velocidades de transferência substancialmente maiores.

Serviços de localização da plataforma Nordic nRF cloud

A plataforma nRF Cloud da Nordic é uma coleção de microsserviços de software integrados que fornecem funcionalidade e conectividade IoT para dispositivos nórdicos. As ferramentas nRF Cloud são compatíveis com a maioria dos navegadores da web. Algumas das funcionalidades integradas incluem o gerenciamento da ativação do iBasis SIM, monitoramento do uso de dados celulares e visualização de dados com ferramentas gráficas integradas. A plataforma de nuvem nRF é construída na Amazon Web Services (AWS). A interação do dispositivo ocorre de três maneiras: um portal web, uma API REST e uma API MQTT. Uma combinação de três também é aplicável em alguns casos.

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O que é uma API REST ou MQTT?

Uma API é uma interface de software que permite que duas aplicações de software se comuniquem entre si. Uma API lista as operações suportadas e suas variáveis ​​de entrada e saída. Outras aplicações podem seguir essa especificação para acessar ou consumir a API para usar o serviço de software.

REST (Representational State Transfer) e MQTT (MQ Telemetry Transport) são dois tipos de conexões de API. REST é um modelo de solicitação/resposta unidirecional que se comunica por HTTP. Quando um cliente deseja se comunicar com o servidor, ele envia uma solicitação ao servidor e aguarda uma resposta. O MQTT é um sistema bidirecional, onde o cliente está conectado o tempo todo via TCP/IP ou Websockets. Isso permite que o servidor envie mensagens para o cliente.

Há duas maneiras de se conectar à nuvem nRF: Device-to-nRF Cloud e Cloud-to-nRF Cloud. A Figura 2a ilustra a nuvem Device-to-nRF; o dispositivo se conecta diretamente à nuvem nRF com um MQTT bidirecional em uma conexão TLS. No caso de Cloud-to-nRF Cloud (Figura 2b), o dispositivo primeiro se conecta à nuvem do cliente, que então se comunica com a nRF Cloud via API REST. Esse método é adequado para clientes com uma infraestrutura de nuvem existente e oferece maior flexibilidade e controle sobre o fluxo de trabalho de comunicação do dispositivo.

Figura 2: a) Dispositivo – nuvem (esquerda) eb) Nuvem – nuvem (direita)

Os serviços de localização em nuvem nRF da Nordic permitem que os clientes obtenham dados de localização para dispositivos conectados com rapidez e precisão. Oferece uma variedade de serviços de localização, permitindo que os clientes escolham se a precisão ou a eficiência são mais importantes. Uma aplicação que prioriza o baixo consumo de energia em detrimento da precisão pode usar recursos de localização de célula única (SCELL) ou de várias células (MCELL), economizando energia por não usar GPS, mas diminuindo a precisão. Por outro lado, o A-GPS e o P-GPS da nRF Cloud Location Services oferecem maior precisão às custas de maior consumo de energia (embora a eficiência ainda seja maior do que usar o GPS sozinho).

Cinco coisas a saber sobre os serviços de localização

Esta seção apresentará cinco conceitos essenciais para saber sobre serviços de localização: precisão de localização, GPS assistido em nuvem, Time-To-First-Fix (TTFF), localização baseada em torres de celular e triangulação Wi-Fi.

Precisão da localização

A precisão de um serviço de localização é determinada pelo seu erro de posicionamento horizontal (HPE), ou a distância máxima que a localização calculada pode diferir da localização real. Um serviço de localização com baixa precisão pode determinar a localização de um dispositivo com um HPE de 1.000 metros, enquanto um serviço de precisão média pode ter um HPE de 300 metros. Um fator que afeta a precisão da localização é a presença de torres de celular. A precisão da localização pode ser prejudicada em áreas rurais, onde apenas uma ou duas torres estão presentes para cobrir um raio de mais de 10 km.

GPS assistido na nuvem

A assistência na nuvem supera as desvantagens de usar um receptor GNSS transferindo dados de GPS para o dispositivo através da nuvem por meio de um modem LTE, que possui taxas de transferência muito mais rápidas do que as de satélite. O A-GPS permite que o dispositivo baixe dados de assistência através da rede LTE a ~150 kbps. Além da vantagem da latência, menos energia é usada, porque o sistema é menos dependente do receptor GNSS que consome muitos recursos. O P-GPS permite que o dispositivo baixe até duas semanas de dados de localização de satélite previstos, permitindo que o dispositivo determine a localização mesmo sem uma conexão de rede ativa. A Figura 3 descreve as etapas envolvidas na implementação do GPS assistido em nuvem.

Figura 3: implementação do GPS assistido na nuvem

Os dados de assistência GPS incluem data e hora, localização aproximada na Terra e informações de órbita de satélite, que incluem efemérides ou órbitas de satélite precisas (utilizáveis ​​por no máximo 6 horas) e almanaque ou órbitas de satélite aproximadas (utilizáveis ​​por um mês ou mais) ). Outras informações, como correção ionosférica ou dados de integridade, também estão incluídas.

Time-To-First-Fix (TTFF)

Time-To-First-Fix (TTFF) é a quantidade de tempo necessária para um dispositivo obter informações de localização. O TTFF normalmente varia de 30 segundos a 2 minutos, dependendo da disponibilidade do satélite e do tipo de receptor. O receptor GNSS precisa rastrear os sinais de entrada de pelo menos quatro satélites para obter informações de alcance. Partida a frio e partida a quente são termos padrão da indústria que descrevem a condição de partida do receptor GNSS.

Uma partida a frio refere-se a um estado em que o dispositivo não possui dados anteriores. Qualquer atividade após uma reinicialização ou ciclo de energia é considerada uma partida a frio.

Uma inicialização a quente refere-se ao estado em que o dispositivo recebeu recentemente uma correção e agora está pronto para outra.

Uma partida “morna” refere-se ao estado em que o dispositivo tem uma localização aproximada, data e hora, frequência do oscilador do relógio interno e almanaque, mas sem tabelas. Um TTFF de aproximadamente 30 segundos é necessário para que a unidade GPS obtenha as tabelas atuais para cada satélite rastreado.

Baseado em localização em torres de celular

As informações de localização também podem ser determinadas usando torres de celular próximas ao dispositivo. A localização do dispositivo é calculada na nuvem e enviada para o dispositivo. A assistência de célula única (SCELL) usa a torre de celular mais próxima, enquanto a assistência de várias células (MCELL) usa várias torres de celular para triangular uma posição. Se várias torres estiverem disponíveis, o MCELL fornece uma localização mais precisa. A Figura 4 ilustra as etapas para determinar a localização com base em torres de celular.

Figura 4: Serviços de localização baseados em celular

Como o receptor GNSS do dispositivo não precisa ser usado, o consumo de energia e o uso de memória são muito menores. A compensação é a precisão; um sistema baseado em GNSS pode determinar uma posição mais precisa. Para dispositivos em que a duração da bateria é mais importante do que a precisão geral, a assistência de localização baseada em celular é um bom compromisso.

Posicionamento por Wi-Fi

Os dispositivos podem usar pontos de acesso Wi-Fi e pontos de acesso sem fio para determinar sua localização. Normalmente, um dispositivo mede primeiro o indicador de intensidade do sinal de recepção (RSSI) para um ponto de acesso Wi-Fi, que indica o quão próximo ele está. Os RSSIs para vários hotspots são medidos para triangular um local.

nRF Cloud oferece os meios para assumir a maior parte do trabalho computacional. O dispositivo verifica as redes Wi-Fi próximas e envia seus detalhes para o nRF Cloud. O nRF Cloud consulta um banco de dados para obter as coordenadas das redes Wi-Fi, calcula a localização do dispositivo e o envia de volta ao dispositivo. O posicionamento Wi-Fi é uma solução eficaz para dispositivos que estão em ambientes fechados ou em áreas onde GNSS ou redes celulares não estão disponíveis.

Figura 5: Nordic NRF9160-DK Development Kit

O nRF9160 SiP é uma solução de IoT celular de baixo consumo, integrando um processador ARM® Cortex®-M33 com recursos avançados de segurança, uma variedade de periféricos, bem como um modem LTE. O nRF9160 suporta recursos de economia de energia PSM e eDRX, permitindo que permaneça no modo de suspensão por longos períodos. O firmware do modem pode ser atualizado por meio de atualizações seguras e criptografadas de firmware over the air (FOTA).

A Figura 6 mostra um diagrama de blocos de todo sistema.

Figura 6: Diagrama de blocos SiP nRF9160 dando uma olhada no interior do SoC

A tecnologia ARM TrustZone, Cryptocell 310 e blocos de suporte para proteção do sistema e gerenciamento de chaves são embarcados para permitir a segurança avançada necessária para aplicações de IoT. Visando aplicações de rastreamento de ativos, o nRF9160 SiP possui suporte integrado para nRF Cloud Location Services. Os recursos integrados de criptografia e segurança permitem que o nRF9160 SiP atenda aos mais recentes requisitos de segurança e autenticação da Internet.

Resumindo: Serviços de Localização

A integração de serviços de localização em dispositivos IoT oferece uma variedade de benefícios, incluindo rastreamento remoto de ativos, descoberta de localização para wearables e navegação. Os serviços de localização para dispositivos têm sido tradicionalmente implementados usando receptores GNSS integrados, no entanto, a computação em nuvem surgiu como uma solução eficaz para algumas das desvantagens do GPS. O nRF Cloud da Nordic oferece vários métodos para serviços de localização que aumentam a velocidade e a precisão, além de reduzir o consumo geral de energia, trazendo recursos de localização para uma variedade muito maior de dispositivos.

Contato da Newark no Brasil

Para mais informações e adquirir componentes contate a LATeRe , representante da Newark, pelo Telefone (11) 4066-9400 ou e-mail: [email protected] 

* Texto originalmente publicado em: link

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