Навигация и геолокация стали неотъемлемой частью современного мира. Мы привыкли полагаться на GPS и его аналоги (ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou), но спутниковые технологии имеют ряд ограничений: высокое энергопотребление, трудности с доступом к сигналу в условиях плотной застройки или густой растительности, а также необходимость дорогостоящего оборудования.

Альтернативой становятся системы позиционирования на базе LoRaWAN — сетевого протокола для Интернета вещей (IoT), который позволяет определять местоположение устройств даже там, где спутниковый сигнал нестабилен или вовсе отсутствует. В этой статье мы рассмотрим, как работает LoRaWAN-позиционирование без GPS, в чем его преимущества и какие отрасли уже сегодня активно его применяют.

Как работает LoRaWAN-позиционирование

Архитектура LoRaWAN-сети

Сеть состоит из:

• Устройства (end-nodes) — датчики или трекеры, передающие данные
• Базовые станции (gateways) — принимают сигнал и передают его в сеть через интернет или мобильную связь
• Сетевой сервер — обрабатывает данные и определяет координаты.

Методы определения координат

TDoA (Time Difference of Arrival)

• Суть метода в измерении разницы времени прихода сигнала от устройства на несколько базовых станций.
• Для точного определения необходима синхронизация базовых станций (обычно через GPS или другие источники точного времени).
• Достижимая точность — от 20 до 200 метров в зависимости от плотности сети.

RSSI (Received Signal Strength Indicator)

• Использует уровень сигнала: чем слабее сигнал, тем дальше устройство.
• Метод менее точен (до 500 м), но работает даже при небольшом количестве станций.

Гибридные подходы

• Совмещение TDoA и RSSI даёт лучшие результаты
• Дополнительно используются алгоритмы машинного обучения, которые учитывают отражения сигнала, рельеф и особенности городской среды.

Преимущества LoRaWAN-позиционирования без GPS

• Низкое энергопотребление
  Устройства могут работать на одной батарейке до 5–10 лет. Это делает технологию незаменимой для датчиков в сельском хозяйстве или систем мониторинга окружающей среды.
• Широкая зона покрытия
  Одна базовая станция в открытой местности способна принимать сигнал на расстоянии до 15–20 км. В городе радиус меньше (2–5 км), но и этого достаточно для плотной застройки.
• Отсутствие зависимости от спутников
  В лесах, туннелях, на складах и в промзонах GPS сигнал часто теряется. LoRaWAN обеспечивает стабильную связь.
• Экономическая эффективность
  Модули LoRaWAN стоят дешевле GPS-трекеров, а низкие затраты на обслуживание позволяют использовать систему массово.

• Масштабируемость
  Сеть легко расширяется — достаточно добавить новые базовые станции.

   

Сравнение LoRaWAN с другими технологиями

Примеры применения

1. Сельское хозяйство

• Мониторинг передвижения скота на пастбищах.
• Отслеживание сельхозтехники.
• Контроль состояния полей и датчиков микроклимата.

2. Логистика и транспорт

• Определение местоположения грузов на складах и в пути.
• Трекинг железнодорожных составов и контейнеров на открытых терминалах.
• Контроль автопарков без необходимости оснащения каждого автомобиля GPS.

3. Умные города

• Мониторинг состояния уличного освещения.
• Слежение за заполненностью мусорных контейнеров.
• Отслеживание общественного транспорта на городских маршрутах.

4. Экологический мониторинг

• Отслеживание уровня воды в реках и водохранилищах.
• Раннее предупреждение о лесных пожарах с помощью датчиков температуры и дыма.

• Контроль качества воздуха.

   

Ограничения технологии

• Низкая точность по сравнению с GPS
  Ошибка в десятки или сотни метров делает LoRaWAN непригодным для навигации людей или автомобилей в реальном времени.
• Необходимость плотной инфраструктуры
  Для повышения точности требуется несколько базовых станций, что увеличивает стоимость внедрения.

• Зависимость от сетевого сервера
  Все данные проходят через сервер, что может вызвать задержки и снизить скорость отклика.

   

Будущее LoRaWAN-позиционирования

Исследователи и компании-разработчики активно работают над повышением точности систем:

• Использование машинного обучения для предсказания местоположения по историческим данным.
• Комбинирование LoRaWAN с другими технологиями (например, Wi-Fi, UWB или Bluetooth).
• Появление открытых сетей LoRaWAN в городах, что позволит создавать гибридные системы позиционирования.

В перспективе LoRaWAN-позиционирование может занять нишу массовых IoT-решений, где важнее энергоэффективность и доступность, чем метрическая точность.

Заключение

Системы позиционирования на базе LoRaWAN без GPS — это эффективная альтернатива спутниковым технологиям в тех сферах, где требуется низкая стоимость, длительное время автономной работы и устойчивость к отсутствию спутникового сигнала.

Сегодня они находят применение в сельском хозяйстве, логистике, умных городах и экологическом мониторинге. Завтра такие решения могут стать основой для масштабных национальных и корпоративных проектов по цифровизации и управлению объектами в реальном времени.