خلاصة
LoRa هو حل جديد لشبكة إنترنت الأشياء اللاسلكية واسعة النطاق منخفضة الطاقة. تقوم شرائح LoRa بتوصيل أجهزة الاستشعار بالسحابة, تمكين اتصال البيانات والتحليلات في الوقت الفعلي والتي يمكن استخدامها لتحسين الكفاءة والإنتاج. تقدم أجهزة LoRa تطبيقات إنترنت الأشياء الذكية التي تعالج بعض المشكلات الأكثر إلحاحًا على كوكبنا, بما في ذلك إدارة الطاقة, الحفاظ على الموارد الطبيعية, مكافحة التلوث, وكفاءة البنية التحتية. على سبيل المثال, تحتاج المناطق الصناعية الخارجية إلى اتصال واسع النطاق وستواجه مشكلات تخطيط الكابلات. مع إحدى مميزات تقنية LoRaWAN, لديها مساحة تغطية كبيرة تقاس بالكيلومترات, مما يقلل من كثافة الكابلات ونشر أجهزة إنترنت الأشياء. جهاز لوراوان منخفضة التكلفة للغاية مقارنة بالشبكات الأخرى, وأجهزة الراديو النهائية منخفضة التكلفة أيضًا. يمكن تطبيق LoRaWan على نطاق واسع في مراقبة تلوث الهواء, تجهيز الزراعة, تتبع الحيوانات, كشف الحرائق, تتبع الأسطول, أمن الوطن, ومراقبة درجة الحرارة الصناعية.
مواصفات LoRaWAN المفتوحة ذات طاقة منخفضة, شبكات واسعة النطاق (LPWAN) يعتمد المعيار على أجهزة LoRa الخاصة بشركة Semtech والتي تستفيد من موجات الأثير الراديوية غير المرخصة في الصناعة, علمي, والطبية (ISM) فرقة. تحالف لورا®, منظمة غير ربحية وتحالف تكنولوجي سريع التطور, مسؤول عن التوحيد القياسي والمواءمة العالمية لمعيار LoRaWAN. توفر معايير LoRaWAN كفاءة, مرن, وحل فعال من حيث التكلفة لمشاكل العالم الحقيقي في حالات الاستخدام الريفية والداخلية حيث الخلوية, واي فاي, و بلوتوث منخفض الطاقة (بليه) الشبكات ليست على المستوى المطلوب. تتيح أجهزة LoRa ومعيار LoRaWAN مجموعة واسعة من التطبيقات في مجموعة متنوعة من المجالات الحيوية, بما في ذلك الزراعة الذكية, المباني, المدن, البيئة, الرعاىة الصحية, الإسكان, التحكم الصناعي, الموردين, والخدمات اللوجستية, المرافق, السلامة العامة وغيرها.
ما هو LPWAN وسرعته?
LoRa™ هي تقنية تعديل التردد اللاسلكي لشبكة LPWAN, ولكن قبل أن نناقش ما هو LoRa, نحن بحاجة للحديث عن LPWAN. LPWAN (شبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة), المعروف أيضًا باسم LPWA (منطقة واسعة منخفضة الطاقة), أو LPN (شبكة منخفضة الطاقة, شبكة منخفضة الطاقة), عبارة عن شبكة لاسلكية لإنترنت الأشياء (IoT) تعمل بالبطارية ويمكنها التواصل عبر مسافات طويلة بمعدلات بت منخفضة. متطلبات الطاقة المنخفضة, معدلات بت منخفضة, ويمكن استخدام توقيت الاستخدام للتمييز بين شبكات LPWAN وشبكات WAN اللاسلكية, والتي تم تصميمها لربط الشركات أو المستخدمين, ونقل المزيد من البيانات ولكن أيضًا تستهلك المزيد من الطاقة. معدل الإرسال لكل قناة من قنوات LPWAN بطيء نسبيًا, أبطأ من Zigbee وNB-IoT, فهو بين 0.3 كيلوبت / ثانية و 50 كيلوبت/ثانية. يمكن استخدام LPWAN لبناء شبكة استشعار لاسلكية خاصة, ولكنها قد تكون أيضًا خدمة أو بنية تحتية مقدمة من طرف ثالث, مما يسمح لأصحاب أجهزة الاستشعار بنشر أجهزة الاستشعار مباشرة دون الحاجة إلى الاستثمار في بناء أجهزة البوابات.
ما هو لورا?
LoRa هو بروتوكول LPWAN تم تطويره بواسطة Semtech, توفير اتصالات بعيدة المدى: يصل إلى 3 أميال (5 كيلومترات) في المناطق الحضرية و 10 أميال (15 كيلومترات) أو أكثر في المناطق الريفية (خط البصر). تتضمن بروتوكولات LPWAN الأخرى Sigfox وWeightless. يعتمد LoRa على تقنية تعديل الطيف المنتشر المستمدة من طيف انتشار الغرد (CSS) تكنولوجيا. تم تطويره في الأصل بواسطة Cycleo في غرونوبل, فرنسا, وتم الاستحواذ عليها لاحقًا بواسطة Semtech, عضو مؤسس في تحالف LoRa. مقارنة بشبكات إنترنت الأشياء الأخرى, لورا لديها خمس خصائص, طويلة المدى, معدلات بيانات منخفضة, عمر بطارية طويل, تكلفة منخفضة, وقدرة عالية. الميزة الرئيسية للحلول المستندة إلى LoRa هي متطلبات الطاقة المنخفضة للغاية, والذي يسمح بإنشاء أجهزة تعمل بالبطارية والتي يمكن أن تدوم لمدة تصل إلى 10 سنين. يتم نشر الشبكات المستندة إلى بروتوكول LoRa المفتوح في طوبولوجيا نجمية وهي مثالية للتطبيقات التي تتطلب اتصالاً داخليًا طويل المدى أو عميقًا بين العديد من الأجهزة منخفضة الطاقة والأجهزة التي تجمع كميات صغيرة من البيانات.
تشمل ميزة LoRa، على سبيل المثال لا الحصر، المدى الطويل, تغطية داخلية عميقة, تصميم طوبولوجيا نجمية سهل القياس, عمر بطارية طويل, قدرة عالية, تكلفة منخفضة, تحديد المواقع بدقة داخلية وخارجية, والأمن المشفر.
الاختلافات بين الثلاثة
LPWAN
LPWAN هي تقنية شبكة لاسلكية واسعة النطاق تربط النطاق الترددي المنخفض, أجهزة إنترنت الأشياء التي تعمل بالبطارية ذات معدلات بت منخفضة عبر مسافات طويلة. هناك إمكانيات مختلفة لإنشاء شبكة LPWAN, لكن تقنيات LoRaWAN وNB-IoT أظهرت النمو الأسرع وستحظى بأعلى حصة في سوق LPWA في السنوات المقبلة.
لوراوان
لوراوان يحدد بروتوكول اتصالات الشبكة وبنية النظام, بينما تسمح الطبقة المادية LoRa بروابط اتصال بعيدة المدى. يؤثر البروتوكول وبنية الشبكة بشكل كبير على عمر البطارية, سعة الشبكة, جودة الخدمة, حماية, ومجموعة التطبيقات التي توفرها الشبكة.
لورا
LoRa هي تقنية إرسال إشارات الراديو التي تستخدم زقزقة, بيانات متعددة الرموز لتوصيل المعلومات. في جوهره, إنها شرائح راديو عادية لنطاق ISM يمكنها تحويل تردد الراديو إلى بتات باستخدام LoRa (أو أنواع التعديل الأخرى مثل FSK) دون الحاجة إلى الترميز. تقنية LoRa هي تقنية طبقة مادية منخفضة المستوى تستخدم في مجموعة متنوعة من التطبيقات بخلاف الاتصالات واسعة النطاق.
هندسة شبكة لوراوان
يحدد LoRaWAN بروتوكول الاتصال وبنية النظام. تدعم الطبقة المادية LoRa روابط الاتصال طويلة المدى. زوج من البروتوكول وبنية الشبكة لتحديد عمر بطارية العقدة, سعة الشبكة, جودة الخدمة, حماية, بالإضافة إلى التطبيقات المختلفة لخدمات الويب.
تعد طريقة تعديل طيف انتشار LoRaWAN أحد أشكال طيف انتشار الغرد. يمكن استخدام الطبقة المادية LoRaWAN مع أي طبقة MAC; لكن, LoRa هو جهاز MAC المقترح حاليًا والذي يقوم بتشغيل شبكة في طوبولوجيا نجمية بسيطة. يتم استخدام البوابة والإشارات في أوقات محددة مسبقًا لمزامنة وقت الأجهزة الطرفية. الأجهزة الطرفية ذات فتحات الاستقبال القصوى: لأن هذه العقد تستمع باستمرار, فهي غير مناسبة للتشغيل بالبطارية. في بعض الحالات, تعد الشبكات النجمية المزودة بجهاز بوابة قوي وقوي أحد الخيارات.
يتم استخدام بنية الشبكة المتداخلة في العديد من الشبكات الموجودة. تنقل العقد النهائية الفردية في الشبكة المتداخلة المعلومات من العقد الأخرى لتوسيع نطاق اتصالات الشبكة وحجم الخلية. في حين أن هذا يحسن النطاق, كما أنه يضيف التعقيد, يحد من قدرة الشبكة, ويقصر عمر البطارية لأن العقد تتلقى البيانات من العقد الأخرى التي من المحتمل ألا تكون مرتبطة بها وتوجهها. عندما يكون الاتصال بعيد المدى ممكنًا, يعتبر التصميم النجمي طويل المدى هو الأكثر منطقية للحفاظ على عمر البطارية.
لا ترتبط العقد الموجودة في شبكة LoRaWAN ببوابة واحدة. بدلاً من, عادةً ما يتم استلام البيانات المرسلة بواسطة العقدة من خلال عدد من البوابات. من خلال بعض التوصيلات الخلفية, ستقوم كل بوابة بإعادة توجيه الحزمة المستلمة من العقدة النهائية إلى خادم الشبكة المستند إلى السحابة (سواء الخلوية, إيثرنت, قمر صناعي, أو واي فاي).
يستقبل خادم الشبكة الذكاء والتعقيد ويحافظ على الشبكة, تصفية الحزم المستلمة الزائدة عن الحاجة, القيام بالفحوصات الأمنية, جدولة الإقرارات من خلال أفضل بوابة, وأداء معدل البيانات التكيفي, من بين أمور أخرى. ليست هناك حاجة للتسليم من بوابة إلى بوابة إذا كانت العقدة متنقلة أو متحركة, وهي خاصية حيوية لتطبيقات مراقبة الأصول - وهو مجال تطبيق مستهدف مهم لإنترنت الأشياء.
كفاءة البطارية واستهلاك الطاقة
يبدو عمر البطارية واعدًا جدًا على شبكة LoRaWAN. عقدها غير متزامنة, التواصل فقط عندما يكون لديهم بيانات للبث, سواء كان مدفوعًا بالحدث أو مخططًا له. تقنية ألوها هي الاسم الذي يطلق على هذا النوع من التواصل. يجب أن "تستيقظ" العقد الموجودة في الشبكة المتداخلة أو الشبكة المتزامنة مثل الشبكة الخلوية بشكل متكرر’ للمزامنة مع الشبكة والتحقق من الرسائل. تستهلك هذه المزامنة قدرًا كبيرًا من الطاقة وهي السبب الرئيسي لانخفاض عمر البطارية. في بحث أجرته GSMA مؤخرًا ومقارنة بين التقنيات المختلفة التي تتناول سوق LPWAN, تفوقت LoRaWAN على جميع البدائل التكنولوجية الأخرى 3 ل 5 مرات.
سعة الشبكة
يمكن أن تكون سعة الشبكة قابلة للتطوير ومرنة للغاية على شبكة LoRaWAN. يجب أن تكون البوابة قادرة على قبول الرسائل من عدد كبير من العقد حتى تكون الشبكة النجمية طويلة المدى ممكنة. في شبكة LoRaWAN, يتم تحقيق سعة الشبكة العالية باستخدام معدلات البيانات التكيفية وجهاز إرسال واستقبال متعدد المودم متعدد القنوات في البوابة, مما يسمح بالمراسلة المتزامنة على العديد من القنوات. عدد القنوات المتزامنة, معدل البيانات (الوقت على الهواء), طول الحمولة, ويتضمن التردد الذي تبث به العقد جميع العناصر المهمة التي تؤثر على السعة. لأن LoRa® عبارة عن تعديل للطيف المنتشر, عندما يتم استخدام عوامل الانتشار المختلفة, الإشارات متعامدة تقريبًا مع بعضها البعض. يختلف معدل البيانات الفعال حسب عامل الانتشار. تستخدم البوابة هذه السمة من خلال قدرتها على استقبال العديد من سرعات البيانات في نفس الوقت على نفس القناة. ليست هناك حاجة لعقدة ذات ارتباط جيد وقرب من البوابة للاستفادة باستمرار من أقل معدل للبيانات واستخدام الطيف المتاح لفترة أطول من اللازم. عن طريق زيادة معدل البيانات, يتم تقليل الوقت الذي يقضيه في الهواء, السماح بمساحة أكبر محتملة للعقد الأخرى للبث. يعمل معدل البيانات التكيفي أيضًا على إطالة عمر بطارية العقدة. تعد الوصلة الصاعدة والوصلة الهابطة المتناظرة مع سعة الوصلة الهابطة المناسبة ضرورية لكي يعمل معدل البيانات التكيفي. تسمح هذه الخصائص لشبكة LoRaWAN بالحصول على إنتاجية عالية مع جعلها قابلة للتطوير أيضًا. قد يتم إنشاء شبكة بمعدات قليلة جدًا, وإذا كانت هناك حاجة إلى القدرة, يمكن إضافة المزيد من البوابات, دفع معدلات البيانات أعلى, تقليل السمع إلى البوابات الأخرى, وزيادة السعة بمقدار 6-8x. بسبب المقايضات الفنية التي تحد من عرض النطاق الترددي للوصلة الهابطة أو تجعل نطاق الوصلة الهابطة غير متساوٍ مع نطاق الوصلة الصاعدة, تفتقر خيارات LPWAN الأخرى إلى قابلية التوسع التي يتمتع بها LoRaWAN.
فئات العقد
تُستخدم الأجهزة النهائية لمجموعة متنوعة من الأغراض ولها احتياجات مختلفة. يستخدم LoRa العديد من فئات الأجهزة لتحسين مجموعة من خصائص التطبيق النهائي. تقوم فئات الأجهزة بإجراء مقايضة بين زمن وصول اتصال الوصلة الهابطة للشبكة وعمر البطارية. يعد تأخير اتصال الوصلة الهابطة أمرًا بالغ الأهمية في التحكم أو التطبيق من نوع المشغل.
الأجهزة النهائية ثنائية الاتجاه (الفئة أ): توفر الأجهزة الطرفية من الفئة أ اتصالات ثنائية الاتجاه, مع إرسال كل جهاز وصلة نهائية متبوعًا بإرسالين للوصلة الهابطة. الوصلات الهابطة تتلقى النوافذ مختصرة. تعتمد فتحة الإرسال المجدولة للجهاز النهائي على متطلبات الاتصال الخاصة بها, مع قليل من التباين اعتمادا على أساس الاختيار العشوائي للزمن (الوها من نوع البروتوكول). يستخدم هذا الإجراء من الفئة "أ" أقل قدر من الكهرباء. نظام الجهاز النهائي للتطبيقات التي تتطلب اتصال الوصلة الهابطة فقط بعد أن يقوم الجهاز النهائي بإرسال الوصلة الصاعدة إلى الخادم الوصلة الهابطة. في أي وقت آخر, سيتعين على الرسائل الواردة من الخادم الانتظار حتى الوصلة الصاعدة التالية المخطط لها.
أجهزة طرفية ثنائية الاتجاه مع فتحات استقبال مخططة (الفئة ب): بالإضافة إلى نوافذ الاستقبال العشوائية من الفئة أ, تقوم أجهزة الفئة B بفتح نوافذ استقبال إضافية في فترات محددة مسبقًا. يحصل الجهاز النهائي على إشارة متزامنة مع الوقت من البوابة لفتح نافذة الاستقبال الخاصة به في الوقت المحدد. يؤدي هذا إلى إعلام الخادم عندما يستمع الجهاز النهائي.
الأجهزة الطرفية ذات فتحات الاستقبال القصوى في كلا الاتجاهين (الفئة ج): تتميز الأجهزة الطرفية من الفئة C بنوافذ الاستقبال المفتوحة بشكل مستمر والتي يتم إغلاقها فقط أثناء الإرسال.
حماية
من المهم لأي شبكة LPWAN أن تقوم بدمج الأمان. يحتوي LoRaWAN على طبقتين أمنيتين: واحد للشبكة والآخر للتطبيق. تضمن طبقة أمان الشبكة أن العقد الموجودة في الشبكة شرعية, بينما تضمن طبقة التطبيق الأمنية عدم تمكن مشغل الشبكة من الوصول إلى بيانات تطبيق المستخدم النهائي. يستخدم تبادل المفاتيح تشفير AES وتحديدًا محددًا. كل تكنولوجيا لها مقايضات, لكن خصائص LoRa في تصميم الشبكة, فئات الجهاز, حماية, قابلية التوسع للقدرة, ويغطي تحسين التنقل أوسع نطاق من تطبيقات إنترنت الأشياء الممكنة.
لا تزال LoRa لاعبًا قويًا
إجمالي, تتمتع أجهزة راديو LoRa بنطاقات اتصال أكبر من أجهزة راديو إنترنت الأشياء النموذجية مع توفير الطاقة. بالإضافة إلى, تتميز أجهزة الراديو هذه بخصائص رائعة, عمليات الإرسال غير التدخلية, على سبيل المثال. كما سبق بيانه كما رأينا, يمكن نشر أجهزة راديو LoRa في شبكة أوسع تستخدم تخطيطات متعددة. نتيجة ل, يعد حل LoRa خيارًا مثيرًا للاهتمام لإنشاء تطبيقات إنترنت الأشياء الشائعة. فهو يقدم حلاً تنافسيًا للغاية مع العديد من المزايا التي تمهد لمستقبل واعد.
ستطلق Minew مجموعة منتجات LoRaWAN Technology
يستمر إنترنت الأشياء في التوسع ويصبح أكثر شعبية. مناجم, الشركة الرائدة في مجال تصميم وتصنيع الأجهزة الذكية لإنترنت الأشياء, تكرس نفسها لمزيد من الإمكانيات الإبداعية في المجال الجديد لإثراء مجموعة منتجاتنا بشبكات مختلفة. تعمل Minew حاليًا على منتجات LoRa وBluetooth التي هي في مرحلة التطوير. الشروط الفنية لم يتم تأكيدها والإعلان عنها بعد, لكن, من المرجح أن يتم إصداره في نماذج بطاقات أو غيرها. يمكنك أن تتوقع إعلانا منا. مع دعم LoRa وBluetooth, فهو يجمع بين أفضل ما في العالمين معًا, تقديم إمكانية لم يسبق لها مثيل. ومن المتوقع أن يكون الأداء واعدا. ترقبوا المزيد قريبا.