LoRa هي تقنية لاسلكية للترددات الراديوية طويلة المدى. تحريض, شبكات واسعة النطاق منخفضة الطاقة (شبكات LPWA) لنقل البيانات عبر نطاق أطول يصل إلى 10 كم. LoRaWAN هو بروتوكول LPWAN للترددات المرخصة والخالية من الترخيص والذي من خلاله يتم استخدام إنترنت الأشياء المستحث بتقنية Lora (انترنت الأشياء) يتم تحقيق الاتصال.
مقدمة
قد تعتقد, إن عولمة العالم لن تتباطأ في أي وقت قريب. إحزر ثانية. العملية ليست سلسة كما يتصور المرء. العولمة بكل بساطة, ديس العزلة. ولكي يحدث ذلك, يجب تحقيق الاتصال الأمثل بين الأجهزة المادية التكنولوجية, أجهزة الاستشعار, الأجهزة والبرمجيات الإلكترونية حول العالم من خلال قنوات الإرسال المناسبة, في عملية تعرف باسم اتصال إنترنت الأشياء. إن العدد المتزايد والتحسين التقني للأجهزة التكنولوجية دون التقدم المتساوي في وسائل أو تقنيات الاتصال الخاصة بها أدى إلى العولمة إنترنت الأشياء معضلة الاتصال لسرأ و لوراوان تم تصميمها لحلها.
ما هو إلسرأ?
LoRa هي تقنية توفر بيئة LPWAN من LoRaWAN والتي من خلالها يمكن للأجهزة منخفضة الطاقة نقل البيانات باستخدام ترددات راديوية معدلة بالطيف المنتشر بدون ترخيص وترددات مرخصة على مدى طويل جدًا يصل إلى عشرات الكيلومترات. الكلمة لورا هو اختصار تمت صياغته من أول حرفين من الكلمات لول رعمع. تعمل تقنية Lora بمثابة تعديل للشبكات واسعة النطاق منخفضة الطاقة (شبكات LPWA) ويؤثر على نقل واتصال أنواع الشبكات هذه بالعدد التالي من الطرق:
- تقوم LoRa بتوحيد شبكات المنطقة الواسعة (الشبكات الواسعة) عن طريق زيادة نطاق اتصالاتهم بما يصل إلى بضعة كيلومترات. وهو ما يحدث في وقت واحد يقلل من الطاقة اللازمة للنقل. يمكن لـ LoRa وLoRaWAN تحقيق ذلك عن طريق خفض عدد النطاقات الترددية المستخدمة في الإرسال.
- تعديل الطيف المنتشر للرقاقة لترددات تقنية LoRa, يزيد من كفاءة نقل البيانات عن طريق تقليل فرص التداخلات إلى ما يقرب من ذلك 0%.
تتكون تقنية Lora من جزأين رئيسيين يعملان معًا كوحدة واحدة.
- تقنية لورا أو الطبقة المادية: طبقة LoRa المادية هي طبقة الأجهزة التي تحدد الرابط - في شكل شريحة LoRa التي توفر المواصفات الكهربائية للبيانات - والتي من خلالها يمكن أن يتم اتصال الأجهزة في اتصال إنترنت الأشياء.
- بروتوكول, تُعرف أيضًا بطبقة الاتصال - المبنية على طبقة LoRa المادية - التي تحكم الأمان, السلامة والعوامل الأخرى ذات الصلة بالبيانات التي يتم إرسالها، كما تراقب عملية الاتصال الناجمة عن تقنية LoRa في مشروع إنترنت الأشياء.
ما سبق لورا ضد لوراوانتفسيرنا يجعلنا نرى أن الجمع بين LoRa + تجعل LoRaWAN شبكة اتصالات LoRa بأكملها شبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة (LPWAN).
كيف تعمل LoRaWAN بالضبط كشبكة LPWAN؟? قد تتساءل.
لأساسيات شبكة أوراوان
تستفيد تقنية LoRa من العديد من الشبكات واسعة النطاق ذات الطاقة المنخفضة ولكن, يتم استخدام LoRaWAN أكثر من غيرها.
شبكة LoRaWAN مسؤولة عن بروتوكول الاتصال لنظام LoRa الذي يتضمن, ضمان أمان وسلامة البيانات التي يتم إرسالها عبر تقنية LoRa. لورا و لوراوان هي شركات تابعة لتحالف LoRa. بمساعدة تقنية LoRa, يساعد LoRaWAN على نقل بياناتك عبر مسافة متوسطة تبلغ 9 كيلومترات. تمتلك LoRaWAN بنية شبكة لهيكل اتصال طوبولوجي نجمي. تم تكوينه للسماح بالنقل الأمثل للبيانات في الاتصالات بين خادم الشبكة والعقد الحسية LoRa.
يتم توصيل بيانات شبكة LoRaWAN عبر ترددات الراديو, يمكن أن تكون إما نطاقات تردد خالية من الترخيص ومخصصة لمناطق معينة مثل; 915 ميغاهيرتز و 868 ميغاهيرتز لأمريكا الشمالية وأوروبا على التوالي. أو, يمكن نقل البيانات عبر نطاقات التردد المرخصة.
قد تفكر وبالطبع, من المعقول افتراض استخدام قدر كبير من الطاقة والقوة في تحقيق مثل هذا العمل الفذ.
خمين ما?
أنت مخطئ. استهلاك الطاقة أقل بكثير مقارنة بشبكات الاتصالات الأخرى ذات النطاقات المنخفضة.
كيف تم تحقيق ذلك? قد تتساءل.
يستنتج قانون علمي معين أن نطاق أي شبكة واسعة النطاق لا يمكن تعزيزه إلا عن طريق زيادة استهلاك الطاقة أو عن طريق تقليل عرض النطاق الترددي.
بعبارة أخرى, تمكن شبكة LoRaWAN أجهزتك الإلكترونية منخفضة الطاقة من الاتصال عبر اتصال لاسلكي طويل المدى مع التطبيقات التي يمكن الوصول إليها عبر الإنترنت.
لمكدس oRaWAN التكنولوجي
مكدس LoRaWAN التكنولوجي هو خادم LoRaWAN التكنولوجي المجهز بميزات يمكن دمجها بسهولة في شبكة LoRaWAN واستخدامها لإدارة بوابات الشبكة, المستخدمين, الأجهزة والتطبيقات. عادةً ما تكون الميزات المحددة لمجموعة LoRaWAN التكنولوجية خاصة بالعلامة التجارية, يجب أن تكون حزمة LoRaWAN التكنولوجية النموذجية متوافقة مع A, ب, أوضاع التشغيل ج, جميع المعلمات الإقليمية وكذلك جميع إصدارات LoRaWAN.
تتضمن بعض الميزات الأخرى المشتركة بين جميع مجموعات LoRaWAN التكنولوجية:
- ضمان الأمن; توفر مجموعات LoRaWAN التكنولوجية أمان شبكة LoRaWAN وتديره من خلال أمان التشفير المتطور وضمان تأكيد الهوية قبل منح أي مستخدم جلسة على شبكة LoRaWAN.
- يسمح تصميم مكدسات LoRaWAN لها بالعمل كتكامل قياسي في حلول بروتوكول LoRaWAN.
- يمكن استخدام مكدسات LoRaWAN لتكوين وتحسين بوابات شبكة LoRaWAN لتحسين الكفاءة, تقليل استهلاك الطاقة وبالتالي, يكلف.
تتضمن بعض الأمثلة على العلامات التجارية لمكدسات LoRaWAN The Things Network Stack V3, مكدسات شبكة Semtech LoRaWAN وما إلى ذلك.
عناصر شبكة LoRaWAN: مقدمة
يمكّنك LoRaWAN من الحصول على اتصال إنترنت مستقر مع الأجهزة منخفضة الطاقة
تعمل شبكة LoRaWAN من خلال الأداء الجماعي للعناصر المختلفة. والتي تشمل بعضها:
- التردد الذي يتم من خلاله الاتصال. يمكن أن تكون الترددات مرخصة أو خالية من الترخيص.
- العقد أو الأجهزة النهائية: العقدة النهائية هي جهاز أو أي كائن مزود بجهاز إرسال تردد وميزات أخرى تجعله قادرًا على الاتصال منخفض الطاقة مع بوابة LoRaWAN.
- بوابة: هوائيات استقبال وإرسال الإشارات.
- تتحكم خدمة الشبكة في البرنامج الذي يشرف على التوجيه الصحيح لجميع البيانات المرسلة.
- يتم تشغيل البرامج التطبيقية على خادم الشبكة.
الأجهزة النهائية المستندة إلى LoRa
الأجهزة النهائية المستندة إلى LoRa, وتسمى أيضًا عقد LoRa End. عقدة LoRa End هي جهاز يعمل عادةً بالبطارية ومجهز بالمكونات التي توفره, سمات, تمكينه من التواصل مع بوابة LoRa في شبكة اتصالات LoRaWAN.
تم تجهيز الأجهزة النهائية المستندة إلى LoRa بلوحة دوائر عقدة LoRa ووحدة راديو وهوائيات مطبوعة لاتصال الإشارات اللاسلكية مع بوابة LoRa.
تم تجهيز عقد LoRa أيضًا بأجهزة استشعار ومعالجات دقيقة لاستشعار ومعالجة الإشارات وتغييرات وإجراءات محددة.
تم تجهيز بعض الأجهزة النهائية المستندة إلى LoRa بأجهزة استشعار يمكنها ذلك;
- كشف درجة الحرارة,
- يمكن اكتشاف وتسجيل الحركة
- يمكن الكشف عن السقوط
ملحوظة: في شبكة LoRaWAN, جهازان نهائيان يعتمدان على LoRa لا تستطيع التواصل مباشرة دون استخدام بوابة LoRa.
بوابات لورا
أ بوابة لورا هو جهاز يعمل بالكهرباء في اتصال شبكة اتصالات LoRa وLoRaWAN يمكنه قبول الإشارات المرسلة بواسطة أجهزة عقدة النهاية, قم بمعالجة الإشارة ثم توجيهها إلى تطبيق LoRa المناسب. يتضمن اتصال شبكة LoRaWAN النموذجي عادةً أكثر من بوابة واحدة.
تم تجهيز بوابات LoRa بالميزات والمكونات التالية المدرجة أدناه;
- معالج دقيق يستخدم في معالجة البيانات.
- لوحة دوائر مع وحدة راديو, تستخدم في توصيل الترددات الراديوية.
- منفذ إيثرنت وكابل يسمح للبوابات بالوصول إلى الإنترنت.
تم تصميم بوابات LoRa للاستماع في وقت واحد للعديد من ترددات الراديو في وقت واحد.
هناك العديد من العلامات التجارية المتاحة لبوابات LoRa ولكل منها ميزات محددة بالإضافة إلى هذه الميزات العامة.
خادم شبكة لورا
- خادم شبكة لورا المشرفون ويديرون عملية الاتصال بأكملها. عادة ما تكون منصات سحابية لشبكة LoRaWAN ومن خلال وسائل البرامج التطبيقية المثبتة على النظام السحابي فهي مسؤولة بشكل أساسي عن:
- ضمان أمان اتصال LoRaWAN من خلال التأكد من أن خادم التطبيق يتحقق بشكل صحيح من صحة هوية كل جهاز مستخدم قبل منح الخادم وكذلك منع التداخلات.
- الإشراف والتأكد من التوجيه الصحيح ثنائي الاتجاه للبيانات. إنه, إما من عقد END إلى تطبيقات LoRa المحددة باستخدام UPLINK أو اتصال البيانات من تطبيقات LoRa إلى عقد النهاية.
- تحسين عمر بطارية الأجهزة الطرفية المستندة إلى LoRa للحفاظ على عمر البطارية وأيضًا للحفاظ على سلامة وكفاءة شبكة اتصالات LoRa وLoRaWAN بأكملها.
يجب أن يكون خادم شبكة LoRa متوافقًا مع جميع الإصدارات المتوفرة من LoRaWAN.
خادم تطبيق لورا
تتمثل الوظيفة الرئيسية لخادم تطبيق LoRa في فك تشفير ومعالجة البيانات المرسلة من العقد النهائية لـ LoRa إلى تطبيقات LoRa وترميز البيانات المرسلة بواسطة تطبيقات LoRa إلى العقد النهائية. تتيح لك معظم العلامات التجارية لخوادم تطبيقات LoRa مرونة ربط النظام السحابي لإدارة البيانات الشخصية الخاص بك بسهولة بشبكة Lora.
عناصر شبكة LoRaWAN: تشغيل الجهاز
لكي يتم منح الجهاز جلسة في شبكة اتصالات LoRaWAN، يجب تأكيد الهوية من خلال إجراء الانضمام الذي يتضمن عملية تنشيط حيث سيتم إنشاء مفاتيح ورموز معينة ومشاركتها مع الجهاز لتشغيله في جهاز عقدة LoRa End.
عناصر شبكة LoRaWAN: حماية
لدى LoRaWAN نظام تشفير وأمان قياسي للغاية. ينقسم نظام أمان LoRa إلى طبقتين رئيسيتين مختلفتين ولكن مترابطتين.
يطلق عليهم أمان الشبكة والتطبيقات. تقوم طبقة تشفير الشبكة بتكليف هوية عقدة نهاية LoRa وسلامتها.
يتأكد أمان التطبيق من أن مالك سحابة الشبكة التي تستخدمها لا يمكنه الوصول إلى بياناتك, كمستخدم نهائي.
تم دمج شبكة LoRaWAN أيضًا مع طبقتين مميزتين أخريين من رموز التشفير المتقدمة. هم:
- خوارزمية فريدة من نوعها 128 بت مفتاح جلسة الشبكة التي تتم مشاركتها بين عقد LoRa النهائية وخادم الشبكة والتعرف عليها.
- خوارزمية فريدة من نوعها لمفتاح جلسة تطبيق 128 بت يتم التعرف عليها ومشاركتها على ذراع التطبيق في اتصال نهائي.
يقوم بروتوكول الاتصال LoRaWAN بتشفير البيانات التي يتم إرسالها في شبكة LoRaWAN. وبما أن البيانات يتم إرسالها عبر ترددات الراديو العادية، فيجب تشفيرها من خلال آلية أو بروتوكول مختلف. عادةً ما يتم تشفير جميع البيانات الموجودة في شبكة LoRaWAN مرتين.
في شبكة اتصالات LoRaWAN النموذجية، يتضمن تدفق بيانات التشفير:
- تقوم العقد النهائية أولاً بتشفير البيانات التي جمعتها من خلال أجهزة الاستشعار الخاصة بها.
- يتم بعد ذلك ترميز البيانات المشفرة بالعقدة بطبقة ثانية من التشفير بواسطة بروتوكول LoRaWAN.
- ثم يتم بعد ذلك إرسال البيانات المشفرة ببروتوكول العقدة وLoRaWAN إلى بوابة LoRa التي تنقل البيانات بدورها عبر الإنترنت إلى تطبيقات LoRa.
- خادم الشبكة الذي يدير هذا الإرسال ويشارك أيضًا مفاتيح جلسة الشبكة مع الأجهزة النهائية، ثم يقوم بفك تشفير العقدة باستخدام مفاتيح جلسة الشبكة التي يمتلكها وينقل البيانات إلى خادم التطبيقات.
- يتم بعد ذلك فك تشفير العقدة المتبقية على البيانات بواسطة خادم التطبيق باستخدام مفتاح جلسة التطبيق.
إجراءات الانضمام إلى LoRa
يمكن إكمال تنشيط جهاز جديد ينضم إلى شبكة اتصالات LoRa من خلال أي من العمليتين المذكورتين أدناه:
- التنشيط عن طريق التخصيص (برنامج الجسر الأكاديمي)
- التنشيط عبر الهواء (أوتا)
في نهاية عملية التنشيط, ستتم مشاركة كل من مفتاح جلسة الشبكة ومفتاح جلسة التطبيق مع الجهاز الجديد, والذي سيشار إليه الآن باسم جهاز عقدة النهاية.
التنشيط عن طريق التخصيص (برنامج الجسر الأكاديمي)
تتضمن طريقة ABP للانضمام إلى شبكة LoRa إضافة جهاز جديد دون الحاجة إلى بعض مفاتيح الجلسة المحددة مثل AppEUI, DevEUI, إلخ. مشترك معها. بدلاً من, مفاتيح الجلسة بما في ذلك, FNwk_SIntKey وحوالي ثلاثة آخرين, سيتم تخزينها مباشرة في الجهاز النهائي. لا يمكن تنشيط الجهاز إلا من خلال عملية ABP إذا كان يحتوي بالفعل على المعلومات المطلوبة للمشاركة في شبكة LoRa, في البداية.
التنشيط عبر الهواء (أوتا)
يتضمن إجراء التنشيط عبر الهواء الاتصال المباشر بين جهاز نهائي وخادم الشبكة. يتم اختيار عملية التنشيط هذه فقط عند إعادة ضبط الجهاز النهائي.
تتضمن عملية OTAA:
- يرسل الجهاز الجديد رسالة محددة تطلب من شبكة LoRaWAN إلى خادم شبكة LoRa.
- يتلقى خادم الشبكة الرسالة ويفسرها على أنها غير صالحة أو صالحة. إذا كانت صالحة, يتم إنشاء مفتاح المصادقة أو الجلسة
فئات أجهزة لورا
أدت المجموعة العديدة من المجالات التي يمكن تطبيق LoRa فيها إلى تصنيف أجهزة LoRaWAN المختلفة إلى فئات مختلفة.
الفئات الثلاث لأجهزة LoRa هي الفئة A, ب و ج.
أجهزة من الفئة A LoRa
الأجهزة الطرفية المصنفة ضمن الفئة A هي المسؤولة الوحيدة عن بدء الاتصال في شبكة LoRaWAN. خادم الشبكة غير قادر على بدء الاتصال في اتصال من الفئة أ. يبدأ جهاز النهاية من الفئة A الاتصال عن طريق إرسال البيانات عبر نطاق تردد راديوي محدد إلى تطبيقات LoRa. سوف يستمع بعد ذلك وينتظر البيانات المستلمة عبر هذا التردد المحدد. إذا كانت بوابة LoRa غير قادرة على تلقي المعلومات. سيستمع جهاز عقدة النهاية بعد ذلك إلى تردد آخر تكون بوابات LoRa وخوادم الشبكة أكثر دراية به. للتحقق مما إذا تم قبول البيانات عبر هذا التردد بدلاً من التردد الذي تم إرسالها من خلاله.
- يجب أن تكون جميع أجهزة LoRaWAN النهائية قادرة على دعم الفئة A.
- أجهزة LoRa من الفئة A ثنائية الاتجاه حيث يكون كل إرسال للبيانات عبر الوصلة الصاعدة من الأجهزة النهائية إلى تطبيق LoRa مصحوبًا بنقلين مختصرين للبيانات من الوصلة الهابطة من التطبيق إلى العقد النهائية.
- تتم ملاحظة نوع بروتوكول ALOHA في أجهزة LoRa من الفئة A
- تعتبر أجهزة الفئة (أ) فعالة للغاية لأنه يمكن تحسين معدل استهلاك الطاقة وبالتالي, يمكن أن تعمل عند أدنى مستوى طاقة لجميع الفئات.
أجهزة LoRa من الفئة ب
أجهزة LoRa من الفئة B تعمل بالبطارية, مماثلة في العملية للفئة أ, يستخدم طاقة أكبر مقارنة بالفئة أ. لأن, لا يقوم الجهاز النهائي بوضع السبات تلقائيًا عند عدم البحث عن الإشارات المتصلة. توجد نوافذ اتصال مفتوحة بشكل متقطع لاتصال البيانات بين بوابات LoRa وجهاز النهاية بتزامن دوري معين مع بعضهما البعض.
أجهزة LoRa من الفئة C
تتمتع أجهزة LoRa من الفئة C بأكبر قدر من استهلاك الطاقة بين جميع فئات أجهزة LoRa End. تقوم الأجهزة النهائية دائمًا بإرسال إشارات عبر ترددات الراديو إلى بوابات LoRa وتستمع في الوقت نفسه للترددات. أجهزة LoRa من الفئة C هي عقد نهائية توفر لك المرونة والراحة التي تتيح لك إمكانية إرسال البيانات في أي وقت.. تعمل أجهزة الفئة C أيضًا بالبطارية.
خادم الهوية
يتأكد خادم الهوية من هوية المستخدمين المنضمين إلى شبكة LoRa. في شبكة LoRaWAN, يقوم خادم الهوية بتسجيل الأجهزة, بوابات, المستخدمين والتطبيقات. بطريقة, الهوية هي العمود الفقري لشبكة LoRaWAN لأنها تمكنها من العمل على أجهزة متعددة وعبر مواقع مختلفة في العالم.
تعديل
LoRa هو مشروع تعديل براءة اختراع للطيف المنتشر المشتق من Chirp Spread Spectrum. يقوم طيف انتشار Chirp بتعديل تردد شبكة اتصالات LoRaWAN عن طريق تبادل معدل بيانات الإرسال ضمن نطاق ترددي محدد للحساسية. يعمل هذا على تحسين كفاءة الشبكة وفي نفس الوقت توسيع نطاق اتصالات شبكة LoRa مع الحفاظ على نطاق ترددي محدد.
Fالتكرار
تنقل شبكة LoRaWAN الاتصالات عبر نطاقات التردد اللاسلكية الراديوية والتي يمكن أن تكون مرخصة أو غير مرخصة. ترددات الراديو الخالية من الترخيص مجانية ولكن, أكثر عرضة للتداخل مقارنة بالترددات المرخصة.
سر فعالية اتصالات LoRa وLoRaWAN هو التصميم العبقري لشبكة اتصالات LoRaWAN التي تستخدم طيف Chip Spread لتعديل الترددات حيث يتم توصيل البيانات من خلال تردد معين. في مثل هذه الطريقة التي, حتى اتصالات LoRa عبر الترددات الراديوية الخالية من الترخيص لا تحتوي إلا على فرص ضئيلة للتدخلات. في الوقت نفسه، جعل الاتصال أرخص وأكثر كفاءة ويسمح بنقل البيانات عبر نطاقات طويلة.
في شبكات الاتصالات LoRa وLoRaWAN, يمكن تكوين الترددات المحددة من خلال أجهزة راديو LoRa وساعات LoRa الخاصة بالعديد من تطبيقات LoRa المختلفة.
بعض الأمثلة على ترددات الراديو ميغاهيرتز الخالية من الترخيص.
آسيا: 169ميغاهيرتز, 433ميغاهيرتز
أمريكا الشمالية: 915 ميغاهيرتز
الاعتبارات التنظيمية لـ LoRa باستخدام التردد الخالي من الترخيص
حيث يقوم LoRa وLoRaWAN بنقل اتصالات البيانات عبر نطاقات التردد اللاسلكي. تستخدم شبكة LoRa بشكل أساسي الترددات الخالية من الترخيص, إنه, تلك الترددات لا يتعين عليك الحصول على ترخيص حكومي لبث الإشارات من خلالها. الترددات الخالية من الترخيص مخصصة لكل منطقة جغرافية وموقع. لأغراض الأمن والكفاءة. تستهجن حكومة كل منطقة بشدة البث عبر نطاق التردد غير المحدد لموقعك. لذلك, عند استخدام شبكة LoRa, يجب تهيئة أجهزة الراديو والساعات الخاصة بـ LoRa على نطاقات التردد الخاصة بموقعك.
النظر في عرض النطاق الترددي LoRaWAN
يتم إرسال وحدات البايت من البيانات بتنسيقها الرقمي في شبكة LoRaWAN.
يبلغ معدل نقل بيانات شبكة LoRaWAN حدًا يبلغ حوالي 100 بايت, يمكن توصيل هذا القدر الكبير من البيانات بشكل فعال في المرة الواحدة بين جهاز العقد النهائية والبوابة. على الرغم من أن شبكة LoRaWAN غالبًا ما تتضمن اتصالاً متزامنًا بين أجهزة العقدة الطرفية المتعددة وبوابة واحدة.
معدل البيانات التكيفي
معدل بيانات شبكة اتصالات LoRaWAN قابل للتكيف بمعنى ديناميكيته في تبادل معدل البيانات لمزيد من الحساسية وكذلك اختيار الشبكة لبيانات محددة فقط, مما يؤدي إلى انخفاض معدل البيانات داخل اتصالات LoRaWAN. يمنع تردد LoRaWAN المعدل بالطيف المنتشر معدلات البيانات المختلفة من التداخل مع بعضها البعض. وبذلك, تحسين كفاءة البوابات والشبكة الشاملة.
نطاق لورا
تعتمد تقنية LoRa على تقليل تركيز النطاق الترددي لزيادة النطاق وتقليل استهلاك الطاقة لنقل البيانات صغيرة الحجم عبر مسافات طويلة.
يمكن أيضًا أن يتأثر LoRa-Range بالموقع الفعلي. سيكون نطاق إصدار LoRaWAN المحدد أقصر في مجتمع حضري مليء بمجموعات من المباني, مقارنة بالمجتمع الريفي الذي يحتوي على مباني خارجية أقل وأكثر تباعدًا وبالتالي, فرص أقل في عرقلة تردد الإرسال.
هل LoRaWAN أفضل من منافسيها؟?
إن شبكات الاتصال LoRa وLoRaWAN هي ببساطة أفضل من غيرها.
لوراوان, بصرف النظر عن كونها الشبكة اللاسلكية واسعة النطاق منخفضة الطاقة الأكثر استخدامًا, خيارات اتصال LPWAN الأخرى مثل NB-IoT ليست فعالة من حيث التكلفة مثل LoRaWAN. عرض النطاق الترددي لشبكة اتصالات LoRaWAN أقل نسبيًا من شبكات LPWAN الأخرى وهذا يمنحها تغطية أكبر ونطاق أطول مقارنة بمنافسيها. أيضًا, يمكن تطبيق LoRaWAN في نطاق أوسع من المجالات مقارنة بمنافسيها من الزراعة, في تطبيق LoRaWAN في عداد المياه الذكي للري للصناعات والمرافق المنزلية العادية. تتوسع مستشعرات وتقنية LoRaWAN أيضًا في تطبيق المباني الذكية حيث يمكن استخدام تقنية LoRa لمراقبة بعض الظروف الجوية مثل; درجة حرارة, رطوبة. كما أن تطبيق تقنية LoRa في مجال الأمن والصيانة العامة للمباني يكتسب اعتماداً سريعًا. بينما, إن تطبيق شبكات LPWAN الأخرى محدود جدًا بالمقارنة.
ميزات LoRa وLoRaWAN
- شبكة LoRaWAN لديها عرض نطاق ترددي يبلغ 125 كيلو هرتز
- الحد الأدنى لمتوسط عمر بطارية الأجهزة المعتمدة على LoRa هو 7 سنين.
- تتمتع البوابات بتيار ذروة وسكون يبلغ حوالي 32 ميلي أمبير و 1 ميكرو أمبير على التوالي.
- يتم تشفير جميع البيانات المرسلة في شبكة LoRaWAN مرتين
- يمكن للأجهزة توصيل ونقل البيانات في شبكة LoRaWAN مع استهلاك منخفض للطاقة على مدى طويل جدًا يبلغ حوالي 10 كيلومترات.
- في شبكة LoRaWAN, يتم نقل البيانات عبر تردد الراديو (يتم استخدام نطاقات التردد الخالية من الترخيص بشكل أكثر شيوعًا)
- تتكون شبكة LoRa من مكونات مثل العقد النهائية, بوابات, خوادم الشبكة, خوادم الهوية, تطبيقات وبرامج لورا.
- شبكة اتصالات LoRaWAN فعالة للغاية من حيث التكلفة.
مزايا لوراوان
- يمكن لبوابة LoRa التواصل وتبادل البيانات بشكل فعال مع أجهزة عقدة نهائية متعددة
- يتم تقليل التداخلات إلى اضطرابات لا تذكر عن طريق تعديل طيف انتشار الغرد.
- تقنية LoRaWAN مؤمنة للغاية بطبقات التشفير المتقدمة.
- تتمتع الأجهزة النهائية المستندة إلى LoRa بعمر بطارية طويل الأمد.
- تتمتع شبكة LoRaWAN بهيكل بسيط وسهل الفهم.
- الترددات التي يتم من خلالها نقل البيانات مرخصة مجانًا مما يقلل بشكل كبير من تكلفة التشغيل.
- تتمتع تقنية LoRa بنطاق طويل جدًا من نقل البيانات, عادة عدة كيلومترات.
- استهلاك الطاقة في اتصالات البيانات منخفض جدًا ومحافظ.
سلبيات
- معدل بيانات شبكة اتصالات LoRaWAN منخفض.
- قد تكون قنوات نطاقات التردد غير المرخصة لنقل البيانات عرضة للتداخلات.
- لا يدعم تصميم شبكة LoRaWAN نقل كميات كبيرة من البيانات.
لوراوان هقصة
لقد كان LoRa موجودًا منذ عشر سنوات وقد تم اعتماده من قبل مائة مليون جهاز على مستوى العالم, مما يؤدي إلى زيادة استخدام إنترنت الأشياء.
في 2009, صديقان لهما نفس الهدف (بناء تكنولوجيا بعيدة المدى, تعديل الطاقة المنخفضة) اجتمع في فرنسا. أعطى نيكولاس سورنين وأوليفييه سيلر وقتهما وتفانيهما لهذا التطور على الرغم من النكسات. كان هذا الثنائي على اتصال بفرانسوا سفورزا, الذي أصبح فيما بعد شريكهم.
بشهر مايو 2012, اشترت Semtech Cycleo مع قناعة بقدرات LoRa وفي فبراير 2015, تم إنشاء تحالف LoRa ثم تم تسمية البروتوكول باسم LoRaWAN. أحد أهداف Semtech هو تبسيط وتسريع العملية اللازمة لتطوير إنترنت الأشياء من خلال إتاحة خدمات ومنتجات جديدة. وهذا يجعل LoRa وLoRaWAN الخيار الأفضل في بناء وإدارة إنترنت الأشياء.
لورا و لوراوان في أ نصدَفَة
LoRa هي تقنية تعديل التردد تم تطويرها للاتصال البيني للمنطقة المحلية اللاسلكية التي تنتمي إلى فئة تكنولوجيا الأسلاك LPWAN.
لورا, نظام الترددات الراديوية اللاسلكي ينتمي إلى Semtech. هذا هو أحد الركائز الإلكترونية لتحالف LoRa. منذ تأسيس تحالف LoRa في 2015, زاد عدد الأشخاص المنضمين إلى الفريق بشكل مطرد.
لورا و لوراوان في جcom.ontext
تعمل LoRa وLoRaWAN على تردد منخفض بالمقارنة مع الشبكات الخلوية. وهذا ما يسمى بالطيف غير المرخص. عالميا, يستخدم الكثير من الأشخاص LoRa وLoRaWAN, معظمهم من شركات الاتصالات ومشغليها الأوروبيين
للتأكد من أن شبكة LoRaWAN تغطي الكثير من البلدان, كرس مشغلو الهاتف المحمول وقتهم لتطويره. على الرغم من هذا, لا يمكن لشبكة LoRaWAN تغطية بلدان معينة. هذا يرجع إلى حالة السوق وتاريخه.
تطوير النظام البيئي LAPWAN وLoRa, لوراوان
لقد ظهر نظام LPWAN منذ سنوات. لكن, لقد حظيت بالاهتمام منذ بضع سنوات فقط. هذا يرجع إلى:
- مع إضافة LPWAN الخلوية, معدل اعتماد الأشخاص لـ LPWAN مرتفع.
- لقد ولدت LPWAN على المستوى الخلوي الكثير من ردود الفعل.
- يشهد سوق LPWAN مستوى عالٍ من النمو. في السوق غير الخلوية, في الواقع يتطور ويخضع للتطور وهو صغير إلى حد ما. لذا, على الرغم من إعطائها مساحة محدودة في سوق إنترنت الأشياء, تحقق LPWAN نموًا مرتفعًا.
ومع ذلك، يفضل بعض المشغلين المزج بين الخلايا الخلوية وغير الخلوية حيثما أمكنهم ذلك. تفضل Orange LoRaWAN وLTE-M كمكملين وليس كمنافسين.
المدى المنخفض, الطاقة وعرض النطاق الترددي مثل LoRaWAN Sمعيار:
في شركة فرنسية اسمها Cycleo, لقد عمل المهندسون على تقنية موجة التردد التي أدت إلى ظهور LoRaWAN. بعد فترة من المفاوضات, بواسطة 2012, قامت SEMTECH بشراء Cycleo بالفعل. تم تطوير LoRaWAN رسميًا بواسطة LoRa Alliance وهو يشير إلى بروتوكول طبقة MAC. يتم استخدام بروتوكول LoRaWAN من قبل أكثر من سبعين مشغلًا وتم توزيع LoRaWAN IoT على أكثر من مائة دولة. تستخدم LoRaWAN الترددات الخالية من الترخيص الخاصة بالمنطقة.
دالفرق بين لورا و لوراوان
لورا ضد لوراوان يمكن فحصها أولاً من حيث طبقات OSI, هناك فرق بين LoRa وLoRaWAN. ولكن هناك طبقات مختلفة لهذا النموذج. الأولى هي الطبقة المادية وهي LoRa التي تتيح روابط الاتصال لمسافات طويلة. يتعلق LoRaWAN ببروتوكول الاتصال وبنية النظام. ببساطة, LoRaWAN هي شبكة WAN.
لوراوان في الشبكات العامة والشبكات الخاصة
تم إنشاء LoRaWAN للتطبيقات وأجهزة الاستشعار التي لا يمكنها العمل إلا عن طريق إرسال واستقبال كميات قليلة من البيانات أحيانًا عبر مسافات بعيدة خلال ساعات. يتم تعريف الشبكة بشكل رئيسي من خلال إمكانية وصول المستخدم. يمكن أن تكون هذه الشبكة خاصة أو عامة.
لوراوان العامة:
يتم استخدام هذا وتنظيمه من قبل مشغلي الهاتف. يدعم LoRaWAN العام العديد من التطبيقات من العديد من المنظمات. وفيما يلي خطوات لتحقيق هذا الاتصال:
- شراء اشتراك
- تثبيت أجهزة الاستشعار على موقع المشغل
- بدء تشغيل أجهزة الاستشعار
- الحصول على البيانات الموجودة على المشغل وإرسالها إلى حيث يمكن معالجتها.
شبكة LoRaWAN الخاصة:
تعد شبكات LoRaWAN الخاصة مفيدة لكيان واحد بعد التثبيت. في هذه الشبكة, يقوم المستخدم بإدارة أجهزة استشعار إنترنت الأشياء وبنية الشبكة.
يمكنك تحقيق هذا الاتصال من خلال الخطوات التالية المدرجة أدناه:
- قم بشراء رقم البوابات المحدد الأمثل لنوع الاتصال الذي اخترته.
- قم بإعداد أجهزة الاستشعار على الموقع
- تنظيم أجهزة الاستشعار في البوابات.
- إنشاء اتصال منصة معالجة البيانات البوابة.
- تفعيل أجهزة الاستشعار.
بعوامل أساسية لبناء الشبكات مع لوراوان
يعد LoRaWAN رائعًا للعديد من التطبيقات ولكن ليس للشبكة الخاصة. الأسباب هي:
تزامن البوابات المختلفة يعطي مجالاً للتداخل; عندما يتم تشغيل LoRaWAN, يتحول إلى نفس التردد ويمكنه الوصول إلى حركة المرور.
استقبال الرسائل غير مضمون.
يستغرق الكثير من العمل المخصص لتطويره; حاليا, لا يمكن لأي بائع تقديم حل شامل لـ LoRaWAN. تكمن الصعوبة في أنه يتعين عليك العمل مع العديد من البائعين للحصول على البوابات, العقد والأشياء الأخرى التي يتكون منها النظام. وهذا يخلق الكثير من العمل للمستخدم.
تخلق دائرة الواجب قيودًا هائلة. في الشبكات العامة, يأتي استخدام النطاق 868 ميجا هرتز مع الكثير من النكسات. متوسط الطول الزمني الذي يمكن للبوابة إرساله خلال فترة معينة لا يتجاوز واحد بالمائة. ونتيجة لهذا, تحميل بيانات LoRaWAN, إنه, كمية البيانات القابلة للنقل في وقت معين محدودة.
تهو لورا أcom.liance
تحالف LoRa الذي تأسس في 2015 هي منظمة غير ربحية تكرس وقتها وتعمل على رؤية اتساق LPWAN بالإضافة إلى الوعي والترويج العالمي لها. تتمثل مهمة LoRa Alliance في تشجيع وتثبيت معدل اعتماد الأشخاص لشبكة LoRaWAN. يتم تحقيق ذلك من خلال ضمان التآزر بين جميع تقنيات ومنتجات LoRaWAN, مساعدة إنترنت الأشياء على تحقيق مستقبل أفضل. يضم تحالف LoRa أكثر من خمسمائة عضو من شركات مختلفة. يصبح أعضاء LoRa Alliance جزءًا من المعارض التجارية التي تقام عالميًا. يستفيد الأعضاء أيضًا من النظام البيئي النشط والمساهمين الذين يقدمون الحلول, المنتجات والخدمات لخلق فرص الأعمال.
حهل يمكنني إنشاء اتصال LoRa مزدوج كامل بين عقدتين?
الهدف من إنترنت الأشياء هو مساعدة أجهزة الاستشعار التقليدية على مشاركة البيانات مع العديد من الأجهزة وتقديم خدمة جيدة معًا. على سبيل المثال, يمكن تطبيق إنترنت الأشياء في بيئة لمراقبة الغلاف الجوي وإعطاء المعلومات أو التحذيرات. مثلما يتم استخدام التقنيات اللاسلكية قصيرة المدى في الداخل, تم وضع التقنيات لتوفير شبكة لاسلكية خارجية طويلة المدى مثل LoRa. تم تطبيق العديد من التقنيات لتمكين نقل البيانات من أجهزة الاستشعار التي تشكل إنترنت الأشياء. إن النقل المزدوج الكامل للبيانات يعني ببساطة أن حامل الإشارة مستحث, متزامنة, نقل ثنائي الاتجاه للبيانات في شبكة اتصالات معينة. في هذه الشبكة, تعمل العقدتان كجهاز إرسال واستقبال ولهما بروتوكول LoRa.
أثناء الإرسال, أي جهاز إرسال قريب من جهاز الاستقبال الخاص بك سوف يفقد قدرته على الاستقبال تماماً وبعد فترة قصيرة من انتهاء الإرسال. يحتاج الإرسال المزدوج الكامل إلى أن يكون الترددان المعنيان بعيدين عن بعضهما البعض ويحتاج أيضًا إلى مرشحات على جهاز الاستقبال لمنع الإشارة من جهاز الإرسال المعاكس. أيضًا, لا يمكنك إرسال واستقبال البيانات مرة واحدة بين عقدتين بدون أجهزة LoRa المعتادة المستخدمة في العقد. يمكن أن يكونوا إما استقبال أو إرسال. تستخدم البوابة أجهزة LoRa متعددة القنوات، لذا حدد جهازًا يستخدم ما يعادل حوالي ثمانية أجهزة LoRa أحادية العقد.
هل شبكة اتصالات LoRaWAN هي الحل للمباني الذكية والمدن الذكية?
يوفر LoRaWAN حلاً منخفض الطاقة لنقل البيانات بنجاح إلى مسافات بعيدة. للحد من هذه المشكلة وتغطية مساحة أكبر, يمكنك إنشاء شبكة شبكية LoRaWAN. تسمح لك هذه الشبكة بنقل البيانات عبر مسافات طويلة لأن العقدة تعمل كمكرر. تضمن شبكة LoRaWAN الشبكية نقل البيانات وتسمح ببناء شبكات مرنة وأكبر تستهلك كمية صغيرة من الطاقة. تعد تقنية LoRa الخيار الأمثل للمدن المتصلة لأنها تتمتع بنطاق إشارة أطول وتستهلك أقل قدر من الطاقة. إن هيكل مدينة LoRaWAN الذكية سهل الإصلاح وبأسعار معقولة ولا يحتاج إلى ترخيص. يمكن لهذه التكنولوجيا إرسال واستقبال البيانات ويمكنها إيصال الرسائل إلى المناطق النائية.
لورا و راسبيري باي- نظير لتقديم التواصل مع اردوينو
يمكن أن يدعم كود التوت كلاً من Pi وArduino في التواصل بين هذين الاحتمالين. مكتبة الراديو الرئيسية هي الأساس والقاعدة الأساسية لاتصال Raspberry و Pi. تحتاج إلى تثبيت هذا في Arduino IDE الخاص بك.
لبدء هذا البرنامج, قم باستيراد مكتبة Serial Peripheral Code لاستخدام BPI وأيضًا مكتبة RH_RF95 من رأس الراديو. هذا لتنفيذ اتصالات LoRa.
حدد دبوس Arduino الذي قمت بتوصيله بـ CS, RST, ودبوس INT من Arduino وLoRa.
أظهر أنه سيتم استخدام تردد 434 ميجاهرتز في الوحدة ثم قم بتنشيط الوحدة.
أعد تعيين وحدة LoRa في الإعداد إلى عشرة مللي ثانية.
قم بتنشيطه باستخدام الوحدة التي قمت بإنشائها باستخدام رأس الراديو.
اضبط قوة الإرسال والتردد لخادم LoRa.
أرسل حزمة البيانات من خلال وحدة LoRa داخل الحلقة اللانهائية.
لورا و إم كيو تي تي
يتم استخدام MQTT لتحقيق الاتصال بين خوادم الشبكة والبوابة. يتم نقل البيانات بين أجهزة متعددة عن طريق بروتوكول MQTT. يُستخدم بروتوكول MQTT عادةً لتقليل التداخلات في الشبكات غير الموثوقة, عرضة للانقطاعات. يقوم الخادم بجمع هذه الرسائل والعملاء القادرين على القراءة والكتابة إلى وسيط MQTT. يحتاج العميل إلى تحديد المواضيع التي يرغب في كتابتها أو الاشتراك فيها. يمكن اختيار كافة المواضيع. معظم الاوقات, يعمل وسيط MQTT على جهاز الخادم. ستكتب البوابة الحمولة المرئية التي تم الحصول عليها من الجهاز مع معلومات إضافية مثل التردد والوقت الذي يتم فيه إرسال الوصلة الصاعدة. يساعد MQTT الأجهزة في تكامل البيانات المغامرة لعمليات LoRaWAN الخاصة بالبيانات والتي يتم وضعها بطرق بسيطة بحيث يمكن للعميل فهمها. يقوم وسيط MQTT أيضًا بحظر البوابات الخطيرة من الوصول إلى الوصلات الصاعدة من البوابات الأخرى عند تكوينها بشكل جيد.
حهندسة البرمجيات
المدخلات الصغيرة للولايات المتحدة: يتم استخدام هذه الميزة لتوفير الطاقة
موصل يو اس بي (يستضيف): هذا هو منفذ إخراج لـ Raspberry Pi
مدخلات الطاقة التوت
اتش دي ام اي: واجهة إخراج الفيديو الرقمي (عالية الدقة)
مقبس سماعة الرأس
واجهة إيثرنت
حكيفية توصيل الأجهزة
قم بتوصيل وحدة البوابة الخاصة بك RHF0M01-868 إلى PR12 Bridge RHF4T002 إلى Raspberry Pi3
قم بتوصيل موصل USB الخاص بك بمدخل طاقة Raspberry الخاص بك باستخدام كابل USB
قم بتوصيل USB بمحول UART ثم إلى GP10 في Raspberry Pi
قم بتوصيل USB الخاص بك بمحول UART ثم بالكمبيوتر الخاص بك
قم بتوصيل مدخل USB إلى 5 العودة ل 2.1 محول مقياس التيار الكهربائي باستخدام كابل micro-USB بطول 100 سم.
سهندسة البرمجيات
اردوينو: يستخدم هذا لفتح المنفذ الحسي LoRaWAN باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وكذلك إرسال الإشارات إليه
المعجون: تشتمل هذه الأداة على محطة تسلسلية ومحطة SSH تستخدم في التحكم في Raspberry Pi. وهو أيضًا متصفح إنترنت يستخدم للوصول إلى خادم LoRaWAN بواجهة RHF2001. سيكون Chrome هو الأفضل لهذا الغرض).
حآه للاتصال
1) قم بتشغيل جهاز الكمبيوتر الخاص بك وقم بتوصيله بالمعجون
- أ) تحقق من اتصالاتك
- ب) قم بالوصول إلى مدير الملفات الخاص بك لإعداد المعجون الخاص بك
- ج) قم بتشغيل بوابتك
- د) استخدم RHF2S001 لجهاز التوجيه باستخدام كابل Ethernet
- ه) تحقق من عنوان IP وعنوان MAC
2) قم بتكبير نظام الملفات الخاص ببطاقة SD الخاصة بك
3) استخدم خادم RHF2001
4) استخدم RHF76-052AM لإعداد خادم LoRaWAN الخاص بك
لورا آيستي كهو - هي جغير مقصود
بوابة لورا: يقوم هذا الجهاز بتوصيل أنواع مختلفة من الشبكات. يعمل LG01 على دمج شبكة IP العادية للإنترنت في شبكة واحدة, اتصال سلس مع شبكة LoRa اللاسلكية.
اردوينو: هذه منصة إلكترونية تستخدم "برامج وأجهزة سهلة الاستخدام".. إنه مثالي لشخص يقوم بإعداد مشروع تفاعلي.
درع لورا: يتم استخدام هذا لبناء عقدة الاستشعار. وهذا يضيف إلى لوحة Arduino شبكة LoRa اللاسلكية.
درع لورا جي بي إس: يؤدي هذا إلى بناء المستشعر عن طريق إضافة أجهزة الاستشعار اللاسلكية وأجهزة الاستشعار LoRa إلى لوحة Arduino.
أجهزة الاستشعار: هناك أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار; التتابع, عبوة ناسفة, بالموجات فوق الصوتية, دي إتش تي11, حساس للضوء, أجهزة استشعار اللهب والجرس.
لورا تعليمات مجموعة الأدوات
- تثبيت اردوينو IDE و 340 يقود
- قم بتحميل مكتبة LoRa لـ Arduino المثبت.
- قم بتحسين بيئة الشبكة لإعداد بوابة LG01-N.
- قم بترتيب المكونات وتوصيل بوابة LG01-N بالإنترنت على النحو الأمثل.
- قم بتنزيل أداة المعجون حتى تتمكن من الوصول إلى LG01-N باستخدام SSH
- اختبر شبكة LoRaWAN
- قم بإعداد بوابة في خادم TTN
- قم بإعداد بوابة LG01-N
- قم بإعداد اتصال البوابة بخادم شبكة LoRaWAN.
- قم بتكوين تردد اتصال LoRa للبوابة إلى موقعك المحدد.
- قم بإنشاء ارتباط مع خادم تطبيق Cayenne
- التحكم في إعادة التشغيل من خلال نقل البيانات من تطبيق LoRa إلى الأجهزة النهائية
- استكشاف أخطاء نظام الشبكة وإصلاحها.
- إعداد تشفير الأجهزة الطرفية المستندة إلى LoRa ودروع GPS.
- قم بإعداد جهاز ABP في TTN وتحميله على UNO
سبعض المعايير التي يجب عليك مراعاتها قبل اختيار مزود خدمة إنترنت الأشياء الخاص بك
خدمات الاتصال التي يقدمونها:
تحقق من خدمة الاتصال التي يقدمها مزود الخدمة الخاص بك. يجب توفير خدمات مثل اتصال إنترنت الأشياء الكامل من طرف إلى طرف. تقييم قدرات مقدمي الخدمة. ما يحتاجه الأشخاص هو مكان يمكنه تقديم النصائح التي يحتاجون إليها ويجب أن يكون قادرًا على تزويدهم بحلول إنترنت الأشياء الدقيقة والموثوقة
ونعم: تتيح بطاقة e-sim لأي شخص تخزين ملفات تعريف المشغل المختلفة على جانب أجهزته جنبًا إلى جنب. التحكم في خلايا sim الإلكترونية لإنترنت الأشياء
متطلبات الاتصال: كل مستخدم لديه حاجة اتصال محددة يريد أن يلبيها مزود الخدمة. تأكد من أن مزود الخدمة الخاص بك يلبي هذه الحاجة ولا يزيد من مشكلتك.
