مجموعة لوروان: إلى أي مدى يمكن أن تصل & كيفية تعظيم تغطيتها

مقدمة

في عالم إنترنت الأشياء, الاتصال جوهر - ولكن لا يتم إنشاء جميع الشبكات على قدم المساواة. لوراوان (شبكة منطقة واسعة المدى) برز كتحول لعبة للتطبيقات التي تتطلب طويلة المدى, الاتصالات منخفضة الطاقة. ولكن إلى أي مدى يمكن أن تسافر إشارة لوروان بالفعل? وما هي الخطوات التي يمكنك اتخاذها لدفع حدودها? في هذه المدونة, سنستكشف نطاق LoRaWAN من الناحية النظرية والتطبيقية, فك تشفير العوامل التي تؤثر على مسافة LoRaWAN, ومشاركة النصائح القابلة للتنفيذ لتحقيق أقصى قدر من التغطية.

ما هي بوابة LoRaWAN وكيف تعمل؟?

أ بوابة لوراوان بمثابة الجسر بين أجهزة إنترنت الأشياء (يحب أجهزة استشعار إنترنت الأشياء) والسحابة. باستخدام تعديل لورا, تتلقى هذه البوابات البيانات من الأجهزة عبر مسافات طويلة, حتى في البيئات الصعبة. يكمن السحر في قدرة LoRa على تمكين الإشارات من الانتقال لمسافة أبعد مع استهلاك الحد الأدنى من الطاقة.

الحد الأقصى النظري لنطاق LoRaWAN

في حين أن النطاق الأقصى النظري لـ LoRa مذهل 700+ كم (يتم تحقيقه في ظروف خاضعة للرقابة), يعتمد الأداء في العالم الحقيقي بشكل كبير على البيئة:

• المناطق الحضرية (المباني الكثيفة): 2-5 كم
• المناطق النظامية: 15 كم
• مناطق الضواحي / الريفية: يصل إلى 20 كم

تسلط هذه الأرقام الضوء على سبب اختلاف مسافة LoRaWAN، حيث يمكن للعوائق مثل المباني أو التلال أن تحجب الإشارات أو تعكسها, تقليل التغطية الفعالة.

6 العوامل الرئيسية التي تؤثر على نطاق LoRaWAN

نقل الطاقة

فكر في الأمر مثل ضبط صوتك للوصول إلى شخص قريب منك بدلاً من الصراخ عبر الحقل. هذه هي الطريقة الأساسية التي تعمل بها طاقة النقل. يحتاج جهاز LoRaWAN إلى المزيد من الطاقة لدفع إشارة LoRa إلى مسافة أبعد. ولكن هنا تكمن المشكلة: الطاقة الأعلى تعني استهلاكًا أعلى للطاقة, تمامًا كما لا يمكنك الصراخ بأقصى صوت 24/7 دون أن تفقد صوتك (أو استنزاف البطارية). يعد تحقيق التوازن بين قوة الإرسال وتغطية الشبكة فنًا في النشر في العالم الحقيقي.

اختيار الهوائي & النشر

يمكن للهوائي عالي الكسب المثبت على السطح أن يعزز التغطية 30%. هوائيات الاتجاه تركز الإشارات, في حين أن تلك متعددة الاتجاهات تنشرها على نطاق واسع.

العوائق البيئية

تعمل الجدران الخرسانية على تخفيف الإشارات بمقدار 10-20 ديسيبل, بينما تنتشرهم الغابات أو التضاريس الجبلية. يحدث فقدان كبير للإشارة بين ناطحات السحاب; ولهذا السبب تقتصر النطاقات الحضرية عادةً على عدة كيلومترات.

معدل البيانات

عامل الانتشار (سادس) يدور الأمر كله حول موازنة السرعة والمسافة في اتصالات LoRa. فكر في SF باعتباره “مستوى التكبير” لبياناتك: فهو يحدد عدد الرموز (غرد) يتم استخدامها لتشفير كل بت من المعلومات.

وهنا الانهيار:

• يتراوح SF من 6 ل 12, وهذا يعني أن كل جزء ممتد إلى 2سادس على سبيل المثال, SF=7 يشفر بت واحد في 128 الرموز.
• أعلى SF (على سبيل المثال, SF12):

نطاق أطول ومقاومة أقوى للضوضاء (رائعة للمناطق الريفية أو الإشارات الضعيفة).

معدلات بيانات أبطأ

• انخفاض SF (على سبيل المثال, SF6):

عمليات نقل أسرع - مثالية للتحديثات في الوقت الفعلي في الشبكات المزدحمة.

نطاق أقصر ومقاومة تدخل أضعف

كثافة البوابة

تعتمد تغطية LoRaWAN على كثافة البوابة وموضعها, خاصة في البيئات التي بها عوائق مادية مثل المناطق الحضرية أو المنشآت الصناعية. يتضمن النشر الأمثل للبوابة وضع الأجهزة في مواقع مرتفعة (على سبيل المثال, أسطح المنازل, أبراج) لتقليل انسداد الإشارة وضمان انتشار خط البصر حيثما أمكن ذلك. قد يؤدي تباعد البوابات عن بعضها البعض كثيرًا إلى إنشاء فجوات في التغطية, في حين أن الإفراط في التكثيف يزيد من مخاطر التداخل. على سبيل المثال, في أنظمة القياس الذكية, يمكن للبوابات الموضوعة بشكل استراتيجي بالقرب من مجموعات من نقاط النهاية تحت الأرض أو التي يصعب الوصول إليها الاستفادة من قدرات اختراق LoRa للحفاظ على الاتصال دون الحاجة إلى بنية تحتية إضافية. موازنة توزيع البوابة على أساس التضاريس, كثافة نقطة النهاية, وتضمن إعدادات طاقة الإرسال تغطية فعالة من حيث التكلفة مع تقليل تصادمات الحزم.

التدخل في الطقس

بينما ترددات LoRaWAN الفرعية (على سبيل المثال, 868 ميغاهيرتز, 915 ميغاهيرتز) أقل تأثراً بالطقس من النطاقات الأعلى, أمطار غزيرة, ثلج, أو لا تزال الرطوبة تخفف الإشارات, خاصة على المسافات الطويلة. نطاقات التردد العالي (على سبيل المثال, 915 ميغاهيرتز) تجربة توهين أكبر قليلاً من تلك الأقل (على سبيل المثال, 868 ميغاهيرتز) بسبب امتصاص الرطوبة. في المناطق المعرضة للطقس القاسي, يتضمن التعويض عن هذه الخسائر زيادة قدرة الإرسال ضمن الحدود التنظيمية, استخدام هوائيات اتجاهية عالية الكسب لتركيز الإشارات, أو اختيار نطاقات التردد ذات مرونة أفضل في الغلاف الجوي.

كيفية تعظيم نطاق LoRaWAN

تحسين موضع بوابات LoRaWAN

الاستخدام الداخلي على مستوى واحد

لتغطية طابق واحد (على سبيل المثال, المستودعات أو أرضيات المكاتب), ضع البوابة مركزيًا مع تثبيت هوائيها عموديًا. يعمل هذا الاتجاه على زيادة مخطط الإشعاع الأفقي للهوائي, نشر الإشارات بالتساوي عبر الفضاء. في حين أن "النقطة العمياء" النظرية للهوائي أعلى أو أسفل مباشرة قد تبدو مشكلة, تضمن إشارات العالم الحقيقي المتناثرة على الجدران والأشياء حصول حتى على أجهزة الاستشعار الموجودة في الأعلى للتغطية.

الاستخدام الداخلي عبر مستويات متعددة

تتطلب تغطية المباني متعددة الطوابق نهجا مختلفا: قم بتركيب البوابة بالقرب من قلب المبنى وقم بمحاذاة الهوائي الخاص بها أفقيًا. هذا يغير نمط الإشعاع عموديا, إعطاء الأولوية لنشر الإشارة لأعلى ولأسفل للوصول إلى أجهزة الاستشعار عبر الأرضيات. يضمن الشكل الإشعاعي للهوائي على شكل كعكة دائرية اختراقًا أفضل للأسقف والأرضيات مقارنة بالمحاذاة الرأسية, على الرغم من أن الألواح الخرسانية السميكة قد تضعف الإشارات. مثالية لأنظمة البناء الذكية حيث تمتد أجهزة الاستشعار على السلالم, الأقبية, أو الأرضيات الشاهقة.

البوابة خارج المبنى

تركيب البوابة خارجيا (على سبيل المثال, على الحائط أو القطب) مع هوائي محاذاة رأسياً يمكن تبسيط التغطية متعددة المستويات. تخترق الإشارات النوافذ بشكل أكثر كفاءة من الأسقف الخرسانية, مما يجعل هذه الإستراتيجية فعالة للشقق أو المكاتب الشاهقة.

تحديد المواقع في الهواء الطلق

يعد الارتفاع أمرًا أساسيًا للبوابات الخارجية - قم بتركيب الهوائيات على أسطح المنازل, الصواري, أو شرفات في الطابق العلوي لتعظيم خط الرؤية (خط البصر) مع أجهزة الاستشعار. الارتفاع يقلل من العوائق على مستوى الأرض (على سبيل المثال, المركبات, الغطاء النباتي) ويوسع المدى, ولكن تجنب وضع الهوائيات مرتفعة جدًا إذا كانت أجهزة الاستشعار متجمعة في مكان قريب, لأن "المنطقة الميتة" لمخروط الإشعاع الموجودة أسفل الهوائي مباشرة قد تترك أجهزة القرب مكشوفة.

نصائح لتحسين الهوائي

إمالة هوائيات شاملة الاتجاهات

هوائيات بزاوية للأسفل بمقدار 5-10 درجات لتركيز الإشارات نحو الأجهزة الموجودة على مستوى الأرض (على سبيل المثال, مجسات وقوف السيارات, مراقبي المحاصيل), تقليل هدر الإشارة التصاعدية وتعزيز التغطية في الأماكن الأكثر أهمية.

الاستفادة من تنوع الهوائي

قم بنشر هوائيات متعددة لتقليل فقدان الإشارة الناتج عن العوائق أو الانعكاسات. خلط اتجاهات الهوائي (عمودي / أفقي) يضمن الاتصال المتسق عبر مواضع وبيئات الأجهزة المختلفة.

الترقية إلى هوائيات عالية الكسب

في المناطق المفتوحة, قم بتبديل هوائيات المخزون بنماذج اتجاهية عالية الكسب لتوسيع النطاق. تجنب الإفراط في التضخيم في البيئات الكثيفة لمنع التداخل.

أدوات تخطيط الشبكة

لورا كلاود®

يستخدم منصة LoRa Cloud من Semtech لمحاكاة خرائط التغطية, التنبؤ بقوة الإشارة, وتحسين وضع البوابة. تساعد خدمات تحديد الموقع الجغرافي الخاصة بها في تحديد النقاط العمياء في عمليات النشر في المناطق الحضرية أو الريفية, بينما تعمل أدوات إدارة الجهاز على تبسيط تحديثات البرامج الثابتة للحصول على أداء ثابت.

مخطط تغطية ChirpStack

هذا أداة مفتوحة المصدر يتيح لك تحميل بيانات الإشارة في العالم الحقيقي (آر إس إس آي/SNR) من أجهزة LoRaWAN لإنشاء خرائط حرارية للتغطية المباشرة. مثالي للضبط الدقيق بعد النشر — تصور كيفية التضاريس, المباني, أو تأثير الطقس على شبكتك وضبط كثافة البوابة وفقًا لذلك.

الراسبين

نشر أجهزة إعادة الإرسال LoRaWAN في المناطق التي يصعب الوصول إليها

استخدم أجهزة إعادة الإرسال التي تعمل بالبطارية أو بالطاقة الشمسية لنقل الإشارات من الأجهزة الموجودة في الطوابق السفلية, غابات كثيفة, أو المرافق تحت الأرض. على سبيل المثال, في المنشآت الزراعية, وضع أجهزة إعادة الإرسال على أعمدة الري لسد الفجوات بين أجهزة استشعار رطوبة التربة والبوابات البعيدة.

تحسين وضع مكرر

ضع أجهزة إعادة الإرسال في منتصف المسافة بين أجهزة الحافة والبوابات, التأكد من وجودهما ضمن نطاق إشارة موثوق به لكليهما. اختبر قيم RSSI/SNR لتجنب إنشاء مناطق ميتة جديدة.

تطبيقات لوراوان

الزراعة الذكية

يتيح LoRaWAN مراقبة سلسة لرطوبة التربة, الظروف الجوية, وصحة الماشية في المزارع الواسعة. تقوم أجهزة الاستشعار الموضوعة في الحقول أو على الحيوانات بنقل البيانات إلى البوابات عبر مسافات طويلة. يتلقى المزارعون تنبيهات في الوقت الحقيقي حول تفشي الآفات, احتياجات الري, أو تغيرات في سلوك الحيوان, السماح بالتدخلات في الوقت المناسب دون إجراء فحوصات يدوية.

المباني الذكية

تستفيد أبراج المكاتب والفنادق من LoRaWAN لتقليل هدر الطاقة. تتتبع العدادات الذكية استخدام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والإضاءة في الوقت الفعلي, بينما لاسلكي أجهزة استشعار الإشغال ضبط ظروف الغرفة طابقًا تلو الآخر.

إنترنت الأشياء الصناعية (IIOT)

تستخدم المصانع والمستودعات LoRaWAN لمراقبة صحة الآلات, تتبع الأصول, وضمان السلامة. أجهزة استشعار الاهتزاز الكشف عن الحالات الشاذة في المعدات, أجهزة كشف تسرب الغاز تطلق الإنذارات, وأنظمة التتبع الداخلية تحدد موقع الأدوات أو المخزون.

تصنيع

يدعم LoRaWAN الصيانة التنبؤية من خلال جمع البيانات لاسلكيًا من المحركات, مضخات, وخطوط الإنتاج. أجهزة الاستشعار قياس درجة الحرارة, اهتزاز, أو الضغط, تحديد الأنماط التي تشير إلى التآكل. يتيح ذلك للمصنعين جدولة الإصلاحات قبل حدوث الأعطال, تقليل وقت التوقف عن العمل وإطالة عمر المعدات.

الخدمات اللوجستية

في المستودعات, الموانئ, أو سلاسل التوريد, يقوم LoRaWAN بتتبع البضائع عبر العلامات أو العلامات الموفرة للبطارية بتتبع هذا الموقع التقرير, درجة حرارة, أو الأحداث الصادمة. إن قدرتها على التعامل مع آلاف الأجهزة في شبكة واحدة تتجنب ازدحام الراديو, بينما يضمن الاتصال بعيد المدى التغطية عبر المساحات الكبيرة أو مرافق التخزين متعددة الطوابق.

المراقبة البيئية

أزواج LoRaWAN مع أجهزة استشعار للمراقبة جودة الهواء, مستويات المياه, أو مخاطر حرائق الغابات في المناطق النائية. بيانات من الغابات, الأنهار, أو يتم ترحيل العوامات المحيطية إلى البوابات أو أنظمة التوصيل عبر الأقمار الصناعية, تزويد العلماء والسلطات برؤى مهمة للحفظ أو الوقاية من الكوارث.

التعليمات

-هل يمكن لـ LoRaWAN العمل من خلال الجدران الخرسانية?

-نعم, لكن الإشارات تضعف.

-ما هو الحد الأقصى للأجهزة لكل بوابة?

-يصل إلى 10,000+ مع التخطيط السليم للشبكة, اعتمادا على معدلات البيانات وتكرار الرسائل.

-كيف يؤثر الطقس على إشارات LoRaWAN?

-قد تؤدي الأمطار الغزيرة/الثلوج إلى تخفيف الإشارات قليلاً, لكن النطاقات الفرعية جيجاهرتز تظل موثوقة في معظم الظروف.