التقنيات اللاسلكية لإنترنت الأشياء: كيفية اختيار الشبكة المناسبة

يشكل اختيار اتصال لاسلكي مشروعًا لإنترنت الأشياء أكثر من كيفية إرسال الأجهزة للبيانات. أنه يؤثر على متطلبات البطارية, البنية التحتية اللازمة في كل موقع, وتكلفة إبقاء الأجهزة متصلة طوال مدة خدمتها.

تلبي التقنيات اللاسلكية المتاحة لإنترنت الأشياء الاحتياجات المختلفة, لذا فإن مقارنتها بالسرعة أو النطاق وحدهما لا تحكي سوى جزء من القصة. تبدأ المقارنة المفيدة بالتطبيق: حيث تعمل الأجهزة, مقدار البيانات التي يتبادلونها, مدى السرعة التي يجب أن تصل بها, ومن سيحافظ على الشبكة.

يقارن هذا الدليل الخيارات الرئيسية, يشرح مقايضاتهم, ويسلط الضوء على ما يجب التحقق منه قبل الالتزام بالنشر.

ما هي التقنيات اللاسلكية لإنترنت الأشياء؟?

تتيح التقنيات اللاسلكية لإنترنت الأشياء أجهزة إنترنت الأشياء تبادل البيانات بدون كابل اتصال فعلي. يمكنهم توصيل جهاز استشعار ببوابة قريبة, ربط الأجهزة داخل المبنى, أو نقل البيانات عبر شبكة خلوية.

المسار الكامل مهم. مستشعر بلوتوث قد ترسل قراءات إلى البوابة, الذي يعيد توجيهها عبر Ethernet أو الاتصال الخلوي. يمكن لجهاز التعقب الخلوي الاتصال عبر شبكة المشغل دون بوابة محلية.

هذه أبنية مختلفة, حتى عندما تكون الوجهة النهائية هي نفس التطبيق. إن اختيار راديو الجهاز وحده يترك أسئلة حول التوصيل, ملكية الشبكة, واسترداد الفشل دون حل.

العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها عند اختيار تقنية إنترنت الأشياء اللاسلكية

التغطية وبيئة التشغيل

قد تعمل الأجهزة داخل الغرفة, عبر المنشأة, أو بين المناطق. الجدران, الهياكل المعدنية, ويؤثر وضع الهوائي على التغطية. تحتاج عمليات النشر المحلية إلى وضع بوابة أو نقطة وصول مناسبة, بينما تتطلب الأجهزة المحمولة توفر الشبكة على طول مساراتها.

حجم البيانات وتكرار التقارير

قراءات الاستشعار الدورية, تحديثات الموقع, وتدفقات الفيديو لها احتياجات مختلفة للنطاق الترددي. النظر في حجم الحمولة, تردد التقارير, وعمليات النقل العرضية مثل تحديثات البرامج الثابتة لتحديد سعة كافية دون استخدام طاقة أو تكلفة غير ضرورية.

استهلاك الطاقة وزمن الاستجابة

يعتمد عمر البطارية على عدد مرات إرسال الأجهزة, يستلم, والنوم. توفر التحديثات المتكررة المزيد من المعلومات الحالية ولكنها تستهلك المزيد من الطاقة. مطابقة فترات إعداد التقارير وأوقات الاستجابة لاحتياجات التطبيق وجدول الصيانة.

البنية التحتية للشبكة وتكلفة النشر

واي فاي يمكن استخدام الشبكات الموجودة, يمكن للبوابات جمع البيانات من العديد من الأجهزة القريبة, ويمكن للاتصالات الخلوية أن تخدم الأصول المتفرقة. قارن الأجهزة, تثبيت, الاشتراكات, والصيانة عبر عدد الأجهزة المتوقع وعمر الخدمة.

حماية, اندماج, وقابلية التوسع

التحقق من المصادقة, حماية البيانات, تحديثات البرامج الثابتة, والموافقات الإقليمية. تساعد الحمولات الموثقة وواجهات برمجة التطبيقات على توصيل الأجهزة بالتطبيقات الموجودة. مع نمو عمليات النشر, أدوات التزويد, سعة الشبكة, وأصبحت الإدارة عن بعد ذات أهمية متزايدة.

التقنيات اللاسلكية قصيرة المدى لإنترنت الأشياء

واي فاي

تناسب شبكة Wi-Fi الأجهزة التي تحتاج إلى نقل بيانات كبير, بما في ذلك الكاميرات, المعدات المتصلة, وبوابات إنترنت الأشياء. يمكن أن يؤدي الوصول إلى شبكة موجودة إلى تبسيط عملية النشر, تتم معالجة التغطية المقدمة ومتطلبات أمان المؤسسة.

يعتمد استهلاك الطاقة على الأجهزة وعبء العمل. تتطلب التطبيقات التي تعمل بالبطارية اهتمامًا خاصًا بتردد الإرسال, وقت الاتصال, وإعدادات توفير الطاقة.

التطبيقات النموذجية: مراقبة الفيديو, الأجهزة المتصلة, المعدات الصناعية, وبوابة التوصيل.

بلوتوث وبلوتوث منخفض الطاقة

يُستخدم Bluetooth Classic على نطاق واسع للصوت والملحقات المتصلة. بلوتوث منخفض الطاقة, أو بليه, يدعم تبادل البيانات منخفضة الطاقة من خلال الاتصالات المباشرة, البث, والشبكات الشبكية. كما أن توافقه مع الهاتف يجعل إعداد الجهاز والوصول المحلي أمرًا عمليًا.

يعد BLE خيارًا شائعًا لأجهزة الاستشعار التي تعمل بالبطارية, الأجهزة القابلة للارتداء, وعلامات الأصول. عادةً ما يقوم الهاتف أو البوابة بإعادة توجيه بيانات الجهاز إلى تطبيق عبر الإنترنت. تغطية, تردد التحديث, وتحدد متطلبات تحديد الموقع موضع جهاز الاستقبال.

التطبيقات النموذجية: تتبع الأصول, منارات, الأجهزة القابلة للارتداء, أقفال ذكية, ومراقبة الحالة.

زيجبي والخيط

يدعم Zigbee وThread الشبكات الشبكية منخفضة الطاقة لأجهزة الاستشعار وأدوات التحكم في البناء. تقوم أجهزة التوجيه بتمرير الرسائل بين العقد, توسيع التغطية إلى ما هو أبعد من وصلة راديو واحدة. يمكن للأجهزة الطرفية التي تعمل بالبطارية أن تدخل في وضع السكون للحفاظ على الطاقة بدلاً من ترحيل حركة المرور.

يستخدم Zigbee عادةً بوابة للاتصال الخارجي. يستخدم Thread شبكة IP وجهاز توجيه حدودي للاتصال بشبكات IP الأخرى. يتطلب كلاهما تغطية توجيه مناسبة ووظائف تطبيق متوافقة.

التطبيقات النموذجية: إضاءة, استشعار الإشغال, أقفال الباب, بناء أتمتة, وإدارة الطاقة.

تتفاعل

يحدد RFID العناصر الموسومة من خلال القراء. تستمد العلامات السلبية الطاقة من إشارة القارئ ولا تحتاج إلى بطارية مدمجة, مما يجعلها عملية لعدد كبير من العناصر.

يوفر RFID الرؤية حيث تحدث القراءات, مثل مناطق الاستقبال, مواقع التخزين, أو نقاط الإرسال. يحدد موضع القارئ واختيار العلامة الأحداث التي يلتقطها النظام. تتطلب الرؤية المستمرة بين نقاط التفتيش بنية تحتية إضافية أو طريقة تتبع أخرى.

التطبيقات النموذجية: جرد, التحقق من الشحنة, التحكم في الوصول, وتحديد الأصول.

التقنيات اللاسلكية طويلة المدى لإنترنت الأشياء

لوراوان يربط الأجهزة منخفضة الطاقة عبر مناطق ممتدة من خلال البوابات وخادم الشبكة. تتيح عمليات النشر الخاصة للمؤسسات التحكم في البنية التحتية المحلية, بينما توفر الشبكات العامة المتاحة خيار اتصال آخر.

إنه يناسب رسائل الاستشعار الصغيرة بدلاً من الفيديو أو عمليات النقل الكبيرة المتكررة. فترات تقديم التقارير, متطلبات الوصلة الهابطة, قواعد البث الإقليمية, وتشكل سعة البوابة عملية النشر. يمكن لأصول الهاتف المحمول أيضًا استخدام LoRaWAN حيث تتوفر تغطية المسار.

التطبيقات النموذجية: المراقبة البيئية, زراعة, كشف التسرب, مراقبة الخزان, وتتبع أصول الحرم الجامعي.

إنترنت الأشياء (NB-IoT).

إنترنت الأشياء (NB-IoT). يستخدم الطيف الخلوي المرخص للشركات الصغيرة, عمليات نقل البيانات نادرة نسبيا. يتم استخدامه بشكل شائع للأجهزة الثابتة التي تحتاج إلى اتصال واسع النطاق بدون بوابة محلية.

تدعم إمكانيات تحسين التغطية وتوفير الطاقة التركيبات مثل العدادات وأجهزة الاستشعار عن بعد. يعتمد الأداء الفعلي على توفر المشغل, شروط الإشارة, وتكوين الجهاز. تحقق من أوقات الاستجابة ومتطلبات نقل البرامج الثابتة إلى جانب احتياجات إعداد التقارير الروتينية.

التطبيقات النموذجية: قياس المنفعة, مجسات وقوف السيارات, والمراقبة البيئية الثابتة.

LTE-M

يجمع LTE-M بين الاتصال الخلوي منخفض الطاقة مع إنتاجية أعلى ودعم تنقل أقوى من NB-IoT. إنه مرشح مفيد للأجهزة التي تنتقل بين المواقع أو تحتاج إلى عمليات نقل بيانات أكبر.

عمر البطارية يعتمد على التغطية, سلوك الإبلاغ, وإعدادات الشبكة. لا يستهلك LTE-M بالضرورة طاقة أكثر من NB-IoT لنفس المهمة, لذا قارن بين الأجهزة الموجودة تحت عبء العمل المقصود. يحتاج التوفر الإقليمي ودعم التجوال أيضًا إلى التحقق.

التطبيقات النموذجية: تعقب اللوجستية, الأجهزة المحمولة القابلة للارتداء, القياس عن بعد للأسطول, والمراقبة عن بعد.

4جي إل تي إي و5 جي

تدعم اتصالات النطاق العريض التقليدية 4G LTE تطبيقات مثل الفيديو, الوصول إلى المعدات عن بعد, وبوابة التوصيل. إنها تناسب أحمال العمل التي تتجاوز القدرة العملية لشبكات الاستشعار منخفضة الطاقة.

5يوفر G إمكانات إضافية للاتصالات الصناعية, بما في ذلك دعم الشبكات الخاصة ومتطلبات الكمون الصعبة. هذه تعتمد على بنية الشبكة والميزات المنفذة. لتطبيقات التحكم, التحقق من التأخير من النهاية إلى النهاية, التوفر, والسلوك الاحتياطي بدلاً من الاعتماد على جيل الشبكة وحده.

التطبيقات النموذجية: المراقبة بالفيديو, المركبات المتصلة, البوابات الصناعية, والشبكات الصناعية الخاصة.

مقارنة تقنيات إنترنت الأشياء اللاسلكية حسب عوامل الأداء الرئيسية

توفر هذه الفئات قائمة مختصرة أولية. النطاق الفعلي, عمر البطارية, والإنتاجية تعتمد على تصميم الجهاز, إعدادات, وظروف التشغيل.

الأخطاء الشائعة في اختيار تقنية إنترنت الأشياء اللاسلكية

مقارنة مواصفات الذروة وحدها

الحد الأقصى للنطاق ومعدل البيانات لا يحدد أداء التطبيق. تقييم تسليم الرسالة, وقت الإستجابة, واستخدام الطاقة مع موضع التركيب المقصود, حمولة, والفاصل الزمني للتقارير.

اختيار الراديو دون تخطيط مسار البيانات

يعد الارتباط اللاسلكي العامل جزءًا من النظام. تضمين البوابات, عرقلة, خدمات الشبكة, واجهات التطبيق في التصميم. يصف MQTT وHTTP اتصالات التطبيق, بينما بليه, واي فاي, والخلوية توفر الاتصال.

تطل على متطلبات الصيانة

السماح باستبدال البطارية, تحديثات البرامج الثابتة, تغييرات التكوين, ورسوم الاتصال. يمكن للإدارة عن بعد وواجهات التكامل الموثقة أن تقلل من جهد الخدمة مع نمو النشر.

القياس دون اختبار تحميل الشبكة

الاتصال الناجح بين جهازين لا ينشئ سعة للمئات. اختبار كثافة الجهاز المتوقعة, التقارير المتزامنة, تدخل, والانتعاش بعد انقطاع.

حلول إنترنت الأشياء اللاسلكية من Minew لمتطلبات الاتصال المختلفة

مناجم يقدم بلوتوث, لوراوان, والأجهزة الخلوية, بجانب بوابات مزودة بشبكة Wi-Fi, إيثرنت, أو التوصيل الخلوي, اعتمادا على النموذج. تتضمن المحفظة علامات الأصول, أجهزة الموظفين, أجهزة الاستشعار, وبوابات لمتطلبات النشر المختلفة.

يتيح ذلك لموفري الحلول مطابقة اتصال نقطة النهاية والوصل لكل مشروع. أجهزة البلوتوث يمكن الإبلاغ من خلال البوابات القريبة, يمكن لـ LoRaWAN توصيل أجهزة الاستشعار الموزعة, ويمكن للخيارات الخلوية أن تخدم الأصول التي تتجاوز البنية التحتية المحلية. يجب أن يأخذ اختيار المنتج في الاعتبار التغطية الإقليمية, احتياجات الإبلاغ, مزود الطاقة, وتكامل المنصة.

خاتمة: اختيار التكنولوجيا اللاسلكية المناسبة لإنترنت الأشياء

تعتمد أفضل تقنية لاسلكية لإنترنت الأشياء على المعلومات التي يحتاجها التطبيق والظروف التي تعمل فيها الأجهزة.

تتناسب شبكة Wi-Fi والنطاق العريض الخلوي مع عمليات نقل البيانات الكبيرة. بليه, زيجبي, والخيط يخدم الاتصالات المحلية منخفضة الطاقة. لوراوان, إنترنت الأشياء (NB-IoT)., ويعالج LTE-M الاستشعار والتتبع على نطاق أوسع, مع البنية التحتية ومتطلبات التنقل التي توجه الاختيار. يدعم RFID تحديد الهوية عند نقاط قراءة محددة.

قم ببناء القائمة المختصرة حول التغطية, حجم البيانات, وقت الاستجابة, وتكلفة الصيانة. ثم قم بالتحقق من صحتها باستخدام الأجهزة التمثيلية وشروط التثبيت قبل توسيع النشر.