ستخبرك هذه المقالة ما هي تقنية LoRa وتطبيقات LoRaWAN. لورا هو نوع من معايير الشبكة المحلية اللاسلكية منخفضة الطاقة. كلما انخفضت السرعة, كلما طالت مسافة الإرسال. عادةً ما يمثل انخفاض استهلاك الطاقة تحديًا لتغطية مسافة نظرًا لأن متوسط استهلاك الطاقة للمسافة مرتفع. السمة الأكثر أهمية هي أن LoRaWAN في حالة نفس استهلاك الطاقة مثل الشبكات اللاسلكية الأخرى المنتشرة أبعد; يدرك وحدة الاستهلاك المنخفض للطاقة والمسافات الطويلة ومعدل النقل عادة ما يكون بضع مئات إلى بضعة كيلوبت في الثانية.
1. ما هو لورا?
لورا هي تقنية تشفير لاسلكية للطبقة المادية تستخدم لإنشاء روابط اتصالات بعيدة المدى. وهو عضو في CCS (تكنولوجيا الطيف المنتشر للتشكيل الخطي) الأسرة وتعمل في النطاق الفرعي 1 جيجا هرتز. يوفر LoRa مزايا مقاومة التداخل القوية ويحسن بشكل كبير مسافة الاتصال مقارنةً بـ FSK التقليدي والتقنيات الأخرى مع الحفاظ على استهلاك منخفض للطاقة. بالإضافة إلى, عوامل الانتشار التي تنظمها LoRa متعامدة تقريبًا. وهذا يعني أن الإشارات المرسلة بشكل متزامن إلى نفس نطاق التردد والمُشكلة باستخدام عوامل انتشار مختلفة لا تتصادم مع بعضها البعض. بدلاً من, الإشارات الصادرة عن معلمات الانتشار المختلفة لا تعدو كونها ضوضاء في الخلفية.
تعديل الطيف المنتشر, يُطلق عليه أحيانًا تعديل الغرد, هو أساس تقنية LoRa, وهي الملكية الفكرية المملوكة لشركة Semtech فقط. هذا النوع من التكنولوجيا, المعروف بالطيف المنتشر, حساسية الصفقات لعرض النطاق الترددي. واي فاي و زيجبي استخدام تكنولوجيا الطيف المنتشر والأنظمة الأخرى; لكن, يتميز تعديل LoRa ببلوغ حد نظرية شانون والحد الأقصى من الحساسية المعززة. وبنفس معدل الإرسال, تعد تقنية LoRa أكثر حساسية بمقدار 8-12 ديسيبل ميلي واط من تقنية FSK التقليدية.
2. ما هو لوراوان?
هذا معيار مفتوح ينشئ التحكم في الوصول إلى الوسائط (ماك) في طبقة ارتباط البيانات وبروتوكولات الاتصال المستندة إلى شرائح LoRa تقنية ال بيوان. يتولى اتحاد LoRa مسؤولية الحفاظ على هذا البروتوكول.
تقوم بوابة LoRaWAN بنقل الرسائل التي تحتوي على بيانات RF المعدلة من LoRa من الجهاز النهائي إلى خادم شبكة LoRaWAN.
العلاقة بين الأجهزة الطرفية والبوابات ليست علاقة فردية. جميع البوابات قادرة على استقبال حزم الوصلة الصاعدة للجهاز الطرفي. على الجانب الآخر, قد تخدم عدة بوابات في نفس المنطقة نفس الجهاز الطرفي.
يمكن استخدام شبكة Wi-Fi أو كابلات الشبكة لربط بوابة LoRaWAN بخادم الشبكة.
الوظيفة الوحيدة لبوابة LoRaWAN, الذي يعمل فقط في الطبقة المادية, هو ترحيل حزم LoRa RF. سيتم إجراء معايرة الطبقة المادية بعد تلقي إشارة LoRa. إذا دقيقة, سوف ينقل بيانات محددة (الطابع الزمني, آر إس إس آي, SNR, إلخ.) من خلال الوصلة الصاعدة إلى خادم الشبكة. يقوم خادم الشبكة بتمرير طلب الإرسال للوصلة الهابطة على الفور.
3. ما هي تطبيقات LoRaWAN؟
نعود إلى وضعنا الفعلي, والذي يعتمد على خصائص LoRa, ندرج إمكانيات تطبيق LoRa الخمسة على النحو التالي:
- مراقبة موقع المزرعة والحيوانات: من الأفضل التعامل مع مهام مثل تتبع وإدارة معدات الري من خلال شبكات LoRa ذاتية البناء لأن معظم هذه التطبيقات موجودة في مواقع نائية أو ريفية ذات تغطية خلوية ضعيفة وكثافة عالية من أجهزة إنترنت الأشياء.
- إجراءات استخراج واسترجاع النفط: هذه المنطقة هي في الأساس غير مأهولة بالسكان, بعيداً, ومعدومين من الناس, ولا توجد تغطية للشبكة الخلوية, خاصة في المناطق ذات متطلبات السلامة مثل مناجم الفحم. لورا تستوفي الشروط بسهولة.
- مراقبة حرائق الغابات: لأنه يجب تركيب المحطات الأساسية للشبكة الخلوية في المناطق ذات الكثافة السكانية المنخفضة, فهي مكلفة في الإعداد وتحتاج إلى شبكة وصول للألياف. في المقابل, شبكات LoRa غير مكلفة للإعداد, لديها تغطية واسعة النطاق, وسهلة التنفيذ.
- المراقبة البيئية: هناك عدة أنواع من مواقع الرصد البيئي. بعضها من أجل الراحة, بينما البعض الآخر على الأنهار, انجرافات, والجبال. نظرا للتوزيع المحدد لهذه أجهزة الاستشعار الرصد البيئي, ستكون شبكة LoRa أكثر عملية للاستخدام.
2. متطلبات تطبيق صارمة للطاقة والمدى
- عدادات المياه والغاز: هذه عادة ما يكون لها عمر تشغيلي قدره 8 ل 10 سنين. عدادات المياه, على سبيل المثال, لديك بطارية يجب تغييرها طوال عمرها الافتراضي مع استخدام قدر قليل جدًا من الطاقة. وبالتالي فإن LoRa مثالي لحالة التطبيق هذه.
- مستشعر/قفل وقوف السيارات: عندما يتم تركيب المستشعر المغنطيسي الأرضي بعد دفن الأرض, قد يكون تغيير بطارية المستشعر أمرًا صعبًا. بعد دفن التراب, يعد استبدال البطارية أمرًا مكلفًا ويحتاج إلى الكثير من الطاقة. في الوقت الحاضر, يتم استخدام تقنية LoRa في غالبية أجهزة استشعار وقوف السيارات.
- صلاحية التحكم صلاحية الدخول, كشف الدخان, و تتبع القمامة: تتطلب هذه التطبيقات أجهزة استشعار للضوء وبطاريات صغيرة, ولكن لأن البطاريات يجب أن تدوم لمدة سنتين إلى ثلاث سنوات قبل أن تحتاج إلى الاستبدال ولأن هذا التطبيق يتطلب مسافة تشغيل ممتدة, تقنية LoRa مناسبة.
- ارتداء الذكية: تعد تقنية LoRa الخيار الأفضل نظرًا لأن التآكل الذكي يتطلب استهلاكًا كبيرًا للطاقة, خاصة بالنسبة للتطبيقات البعيدة المحددة في الهواء الطلق.
3. الشبكات الخاصة والتجارية
- التحكم الصناعي ومراقبة خط الإنتاج: يضع المستهلكون العاديون قيمة عالية على التحكم في الإنتاج وإدارة بيانات الإنتاج, سيستخدم معظمها إنترنت الأشياء على مستوى القطاع الخاص أو على مستوى المؤسسة. تستفيد التطبيقات الصناعية الذكية بشكل كبير من النشر المرن لـ LoRa وخصائصها القوية المضادة للتدخل (خصائص تداخل الترددات اللاسلكية لخطوط التصنيع).
- إدارة الحدائق والممتلكات: قامت العديد من العقارات التجارية والمجتمعات السكنية بتحسين إدارتها الداخلية وخدمات الراحة, وهم يرغبون في الحصول على شبكة خاصة يمكنهم التحكم فيها. تستخدم أفضل شركات العقارات الصينية بالفعل شبكات تغطية LoRa لتنفيذ مراقبة دقيقة لعقاراتها التجارية والسكنية.
4. ماذا يمكنك أن تفعل مع شبكة LoRa?
في السنوات الثلاث السابقة, مرة على الأقل إنترنت الأشياء-وقد شهد الاعتداء القائم من قبل ما يقرب من 20% من المؤسسات. في 2021, التكلفة الإجمالية لأمن إنترنت الأشياء ستكون $3.1 مليار.
تم إنشاء بروتوكول شبكة واسعة النطاق منخفض الطاقة يسمى LoRaWAN لربط "الأشياء" التي تعمل بالبطارية لاسلكيًا في المناطق المحلية, وطني, أو الشبكات الدولية للإنترنت. يعد الأمان عنصرًا حاسمًا في تقنية شبكة LoRaWAN. على سبيل المثال, يعتمد هيكل التوثيق والأمن الأساسي الخاص به على الملحق ب[IEEE802154] تطبيق IEEE802.15.4/2006 لتقنية التشفير AES128. بالمقارنة مع الحلول ذات المفتاح الواحد, يعد LoRaWAN أكثر أمانًا لأنه يستخدم مفاتيح منفصلة لتشفير بيانات المستخدم والمصادقة عليها والحفاظ على سلامة الشبكة.
تتبع سلسلة التوريد العالمية
تعتمد العديد من الشركات ذات الأسواق الدولية على أساطيل المركبات, بما في ذلك الشاحنات, سيارات, السفن, والطائرات. قد تحصل الشركات على البيانات التي تحتاجها لاتخاذ خيارات حكيمة لتوفير التكاليف باستخدام مراقبة أسطول إنترنت الأشياء. تخطيط الطريق, تتبع المركبات الجغرافية, وقد تساعد تحديثات الصيانة التنبؤية من أجهزة الاستشعار المدمجة في الإدارة الفعالة للوقود من خلال السماح بالصيانة المخططة وتقليل وقت التوقف عن العمل. بسبب استهلاكه المنخفض للطاقة وعمر البطارية الطويل, يمكن تركيب أجهزة الاستشعار المدمجة في الأسطول بأكمله في أقل من يوم واحد كما أنها سهلة الصيانة.
الزراعة الذكية
فقط 3% من الماء الموجود على الأرض يمكن الوصول إليه كمياه عذبة, واستخدامات قطاع الزراعة 70% منه. حلول إنترنت الأشياء تعتبر ضرورية لتزويد المزارعين بالمعرفة التي يحتاجون إليها لتحديد كيفية استخدام الموارد المتاحة لهم بكفاءة. قد يقلل المزارعون من خطر موت المحاصيل بسبب الإفراط في الري أو الجفاف باستخدام النشر القائم على LoRa الري الذكي.
المنزل الذكي
هناك العديد من التفاصيل التي يجب على المالك تتبع درجة الحرارة, إضاءة, استخدام المياه, إلخ. تقنيات إنترنت الأشياء قد يجعل إدارة المرافق أسهل في عصر الاتصال, مما يجعلها متاحة بسهولة للمالكين بغض النظر عن مكان وجودهم على الشبكة. تتضمن تطبيقات المنازل الذكية التي تستخدم LoRa أجهزة تنظيم الحرارة, الرشاشات, أبواب, أقفال, ومنافذ الطاقة. يمكن لمنظمات الحرارة المستندة إلى LoRa التحقق من درجة حرارة المنزل وإجراء التعديلات حسب الضرورة على مدار اليوم, تمامًا كما تستطيع الثلاجات الذكية. قد تتمكن تطبيقات الري الذكي من تتبع متى ومدة تشغيل أنظمة الرش. يتم توفير القدرة على إدارة العديد من المرافق وتوفير الطاقة لأصحاب المنازل ومديري العقارات من خلال هذه البرامج, والتي يمكن الوصول إليها بسهولة من الأجهزة المحمولة.
