LoRa | Geolocation

  • 4 November 2016
  • 59 reacties
  • 13971 keer bekeken

Reputatie 7
Badge +11
  • Allesweter
  • 3490 reacties
LoRa enables customers to use geolocation to track the position of your LoRa assets. KPN is one of the first providers to offer operational geolocation with LoRa.
This topic is about how to use geolocation with Thingpark and the LoRa Developer Portal.

Geolocation by multilateration

All LoRaWAN devices use broadcasting to send their messages. This means that all gateways within reach will receive the message and our core-servers will figure out what the message is and collect all received signals. One benefit of this approach is the ability to triangulate (or multilaterate) the location of the device when three or more gateways receive the broadcasted signal. Each gateway will receive the signal at a different point in time, depending on the distance between gateway and device. Note that the differences in time between gateways will be on the nanosecond scale, since the signal travels with the speed of light. From the time differences our core server can calculate the location of these gateways and forward the result to the application server. Note that no extra payload or signal needs to be broadcasted by the device. The beauty of geolocation in LoRaWAN is that there is no need for expensive chips or complicated payloads on the device side. The only thing needed is to instruct our Thingpark core to apply the triangulation calculation for a device.

Structure Geolocation in Thingpark

A connectivity plan can be configured for API messages to include geo-location information. Right now, this cannot be done automatically, but has to be done manually by our supplier. Selected customers can give us a limited number of DevEUIs which we will ask to be configured correctly.

When configured correctly, the usual API messages containing payload (DevEUI_uplink) will contain extra fields that say something about the location. An example can be found here. This will contain the following elements:

DevLocTime Timestamp of when the location was calculated. This can be significantly different from the timestamp of the payload
DevLAT Device Latitude in decimal degrees (see this wikipage for the different formats)
DevLON Device Longitude in decimal degrees
DevAlt This is not used yet, ignore for now
DevAcc This is not used yet, ignore for now
DevLocRadius This is not used yet, ignore for now
DevAltRadius This is not used yet, ignore for now

Asynchronous location messages

The API messages containing payload include the location as outlined above, but the timestamp of the location information can differ significantly, depending on the device uplink frequency. I.e. when sending once every half hour, the payload of the message will be forwarded directly, but location calculation can take some time and only be included in the next message 30 minutes later. To have access to location information as soon as possible a new type of message is introduced by Thingpark. This DevEUI_location only contains location information and is send separately. An example can be found here. It contains the same elements as outlined above. Note that the security token for this message is calculated in a different way, which will be added here later.

Provisions for geolocation testing

• The API message format will likely change in upcoming releases, so expect to change the parsing in your application server at a later time.
• KPN cannot guarantee availability or accuracy of the location functionality in this testing phase
• As always, devices have to obey the duty-cycle
• ADR is best kept on for static devices

There are two types of localisation messages, DevEUI_uplink and DevEUI_localisation. The first one is for the payload where the last known location is added to (independant of the time that has since past). Additionally, there is the DevEUI_localisation that is sent at the moment a location is being calculated. Below, you can find a link to examples of the JSON-bodies of both messages.

DevEUI_uplink
DevEUI_location

Where can I test Lora Geolocation?

KPN will offer nationwide outdoor LoRa Geolocation in the Netherlands. The Geolocation functionality is currently enabled on all gateways in the Netherlands (exceptions further down this guide). There are many locations and areas in the Netherlands at which the Geolocation function can be tested. The coverage and functioning of Lora Geolocation will keep improving while we make progress with the deployment of the network.

Accuracy of KPN Lora Geolocation

As tdoa (time difference of arrival) is the principle used for calculating the position of the LoRa device, environmental factors can cause reflections which impact the service. On average in the Netherlands in 90% of the uplinks a successful position is calculated. In 95% percent of those cases the accuracy is below 100 meters. Again, those results can only be expected for nonmoving objects.

Using LoRa Geolocation - Applications

Lora Geolocation can be used for all outdoor applications. In the current state it is important to know that the Geolocation improves as more messages are sent from the same location. Especially when you are using moving devices, we recommend that you take this into account.

Settings to optimize testing in Thingpark

For testing, we make use of a special connectivity plan that has been optimized for LORA Geolocation. This connectivity plan uses forced ADR and the antenna diversity setting is 3. In addition, we recommend to switch-on ADR for the devices that are used for Geolocation.

Geolocation in the LoRa Developer Portal

To enable developers to test their application using the KPN LoRa network and its geolocation functionality, the feature has been added to the Developer Portal. Users can choose to enable geolocation per device when adding a device.

By default you will receive the geolocation information in the DevEUI_uplink message you get from the developer portal as described under “Structure Geolocation in Thingpark”. Per device you can enable the asynchronous DevEUI_location messages as described under “Asynchronous location messages”. You can do this by choosing “yes” for “Enable GeoLocation” when editing your device:


Useful links

- LoRa: Starters Guide
- LoRa: Forum and Manuals
- LoRa: Dictionary & Definitions
- FAQ: Frequently Asked Questions
- Tools: www.LoRaTools.nl

59 reacties

Hallo Rick,

Dit leg ik voor aan de specialisten om hier duidelijkheid in te krijgen.

Als je ze toch gaat benaderen, ik heb een test rit gedaan met geolocation waarbij het volgende is opgevallen:
- Iig in Lelystad staat geolocation uit. Ik krijg alleen 'uplink's met daarin een niet veranderd ,"DevLocTime" (laatste bekende vaststelling van een geolocation?)
- In de buurt van Huizen en Meerkerk is de nauwkeurigheid van geolocation ruim 7 km! Ik vermoed dat ook hier geen geolocation kan worden bepaald en ipv de coordinaten van de ontvangende gateway doorgeeft?

Ik hoor het graag en ook prettig weekend!
Reputatie 7
Badge +6
Hi @Kees DPD,

Daar ben ik weer!
Inmiddels heb ik een terugkoppeling ontvangen op de vragen die ik uitgezet heb.
De terugkoppeling is als volgt:
  • In Thingpark is een schuivend window van 1 uur, dus als u om 13.15 uur iets heeft verstuurd, dan kan de volgende keer pas om 14.15 uur zijn
  • Het device heeft ook een interne duty cycle. Bent u hiervan op de hoogte?
  • M.b.t. Lelystad e.d., gebruikt u het device indoor of outdoor? In Lelystad zou namelijk gewoon Geolocatie moeten zijn.
Hallo @Rick S.

Alvast bedankt voor de informatie!
Ik lees inderdaad dat het mote interne timers gebruikt om de duty-cycle 'af te dwingen'. Ik begrijp dus dat iig KPN hier geen controle over uitoefent.
Het blijkt een bepaald gebied van Lelystad te zijn waar geen geolocation is. De mote werd zowel in- als outdoor gebruikt, en hiermee werden dus wel uplinks verkregen.
Het verhaal over het schuivend window begrijp ik niet. U wilt hiermee zeggen dat als het mote 1 x per uur contact maakt, de geolocation van de vorige max. een uur later verzonden wordt?

Gr.

Kees
Reputatie 7
Badge +6
Goedemorgen @Kees DPD.

Bedankt voor uw reactie!
Er wordt geadviseerd om Geolocation alleen outdoor te gebruiken. Het blijft echter natuurlijk wel vreemd dat het Lelystad niet blijkt te werken. Ik maak daar zeker nog even een melding van bij de specialisten. Met de window van een uur wordt bedoeld dat er minimaal een uur tussen het versturen van berichten moet zitten.
Hallo,

Is er al helderheid over het probleem zoals gemeld door 'Kees DPD':

"1) Gebruik makende van ADP krijg ik niet, zoals verwacht, een 'DevEUI_uplink' optioneel gevolgd door een 'DevEUI_location'. maar vaak alleen een 'DevEUI_location' en af en toe een 'DevEUI_uplink'. Dus ik mis de payload data heel vaak... "

Ik ondervind hetzelfde issue, Super dat Geolocation nu ook in de developer portal beschikbaar is. Maar als je wel de locatie doorkrijgt maar niet de data dan is dat toch wat lastig 🙂.

Met vriendelijke groet, Corné
Reputatie 7
Badge +6
Hi @Corne van Strien,

Welkom bij de IoT Community!
Ik ben nogmaals mijn conversatie met de specialisten in gedoken en ik zie dat we nog niet tot een specifieke verklaring en oplossing gekomen zijn. Ik heb daarom direct het verzoek uitgezet om hier nogmaals in te duiken. Ik hoop hier z.s.m. een antwoord op te hebben.
Reputatie 7
Badge +6
Hi @Corne van Strien,

Wij willen graag uw specifieke situatie verder onderzoeken om tot een verklaring en oplossing te komen.
Wilt u mij aub de DevEUI van het device dat u gebruikt sturen?

Dit kan eventueel in een privébericht als u het liever niet openbaar post.
Reputatie 1
Badge
Ik wil wat metingen doen naar de nauwkeurigheid van LoRa geolocation onder diverse omstandigheden. Is er nog een verschil in te verwachten nauwkeurigheid tussen de developer portal en het productie Thingspark?

Tweede vraag: zijn er plekken in Nederland waar de verwachte nauwkeurigheid "bovengemiddels hoog" is?
Reputatie 7
Badge +6
Hi @tonb,

Leuk om u weer terug te zien!
Goed dat u deze vragen stelt. Geolocation is voor zowel de Developer Portal als Thingpark gelijk. Echter is er op het gebied van nauwkeurigheid wel een klein verschil. We maken namelijk onderscheid tussen 4 categorieën devices namelijk static, slow moving, fast moving en nomadic. Per categorie hebben we een eigen nauwkeurigheid.

Op de Developer Portal is ervoor gekozen om een static profiel in te stellen. Dit is niet te wijzigen en zorgt er dus ook voor dat de nauwkeurigheid van een static profiel te verwachten is via de Developer Portal. Op dit moment is de nauwkeurigheid bij dit profiel 60 meter met een succes rate van 90%.

Nu is het natuurlijk zo dat we een landelijk dekkend netwerk hebben, maar natuurlijk zal de dekking en dus ook de nauwkeurigheid niet op elke plek gelijk zijn. Ik heb echter geen zicht op de sterke en de zwakkere plekken in het netwerk.

Reageer