كيف تعمل تقنيات LPWAN على تمكين مستقبل اتصال إنترنت الأشياء

لقد أصبحت إنترنت الأشياء قوة تحويلية في عالمنا المترابط. It’s like the magical key that unlocks the door to seamless connectivity and communication between devices. حتى الآن, لتحويل الصناعات وحياتنا اليومية حقًا, نحن بحاجة إلى اتصال يمكن الاعتماد عليه وفعال. That’s where the LPWAN technologies step in. إنهم ينقضون لسد الفجوة, unlocking IoT’s full potential and revolutionizing how we work and play. في هذه المدونة, سوف نتعمق في عالم تقنيات LPWAN, استكشاف تعريفهم, مزايا, ودورها المحوري في تشكيل مستقبل اتصال إنترنت الأشياء.

فهم تقنيات LPWAN

يشير LPWAN إلى فئة من تقنيات الاتصالات اللاسلكية المصممة خصيصًا لتطبيقات إنترنت الأشياء. يوفر اتصالاً طويل المدى ومنخفض الطاقة, تمكين الأجهزة من التواصل عبر مسافات شاسعة مع استهلاك الحد الأدنى من الطاقة. تم تحسين تقنيات LPWAN لتوفير عمر بطارية ممتد ويمكنها اختراق العوائق, مما يجعلها مثالية لعمليات نشر إنترنت الأشياء على نطاق واسع في سيناريوهات مختلفة.

المزايا الرئيسية لتقنيات LPWAN

توفر تقنيات LPWAN العديد من المزايا التي تميزها عن خيارات الاتصال اللاسلكية الأخرى لإنترنت الأشياء:

• مدى ممتد: يمكن أن تغطي تقنيات LPWAN مناطق تتراوح من بضعة كيلومترات إلى عدة مئات من الكيلومترات, مناسبة لتطبيقات إنترنت الأشياء المنتشرة عبر مناطق واسعة أو حتى تمتد إلى مدن متعددة.
• استهلاك منخفض للطاقة: تتمتع أجهزة LPWAN باستهلاك منخفض للطاقة, لتمكينهم من العمل لفترات طويلة. وهذا يقلل من الحاجة إلى الصيانة المتكررة واستبدال البطارية.
• فعاله من حيث التكلفه: تم تصميم شبكات LPWAN لتكون اقتصادية وفعالة من حيث التكلفة, ضمان قدرة الشركات على اعتماد تقنيات إنترنت الأشياء دون تكبد نفقات باهظة.

كيف تعمل شبكات LPWAN

تتكون شبكات LPWAN من ثلاثة عناصر أساسية: الأجهزة النهائية, بوابات, وخادم الشبكة. أجهزة النهاية, مثل أجهزة الاستشعار أو أجهزة إنترنت الأشياء, جمع ونقل البيانات إلى البوابات. تعمل البوابات كوسطاء, تلقي البيانات من الأجهزة النهائية ونقلها إلى خادم الشبكة. يدير خادم الشبكة شبكة LPWAN, التعامل مع توجيه البيانات, حماية, وإدارة الاتصال.

7 أهم تقنيات LPWAN اليوم

شهدت تقنيات LPWAN نموًا سريعًا, مع المتوقعة معدل نمو سنوي مركب 109% والإنفاق على الاتصال يتجاوز 4.7 مليار دولار أمريكي 2023. بين السوق المجزأة, إنترنت الأشياء (NB-IoT)., لورا, وSigfox برزت كأفضل تقنيات LPWAN, اكتساب شعبية في كل من اعتماد المستخدم النهائي ودعم النظام البيئي. سيتم عرض أدناه بعض تقنيات LPWAN الشائعة.

إنترنت الأشياء (NB-IoT). (إنترنت الأشياء ضيق النطاق)

إن NB-IoT عبارة عن تقنية LPWAN قائمة على الخلايا والتي تم توحيدها بواسطة مشروع شراكة الجيل الثالث (3جي بي بي). وهي تعمل على الطيف المرخص, الاستفادة من البنية التحتية الخلوية الحالية. يوفر NB-IoT تغطية وقدرات اختراق ممتازة, مناسب تمامًا للتطبيقات التي تتطلب تغطية داخلية عميقة أو نشرًا في المناطق النائية. ويستخدم تقنية النطاق الضيق لتمكين الاستخدام الفعال لموارد الطيف والاتصالات المتزامنة لعدد كبير من الأجهزة.

لورا

LoRa هي تقنية LPWAN غير مرخصة تعمل بترددات فرعية جيجاهرتز. ويستخدم طيف انتشار غرد (CSS) تعديل, مما يوفر المتانة ضد التداخل ويتيح الاتصال بعيد المدى. توفر LoRa المرونة من حيث معدلات البيانات وخطط التعديل لتلبية متطلبات التطبيقات المختلفة. تعد شريحة الإرسال والاستقبال الحصرية من شركة Semtech ضرورية لتنفيذ LoRa. يدير بروتوكول LoRaWAN الاتصال بين أجهزة LPWAN والبوابات, مما يجعلها خيارًا شائعًا للتكلفة المنخفضة, عمليات نشر إنترنت الأشياء الموفرة للبطارية.

سيجفوكس

Sigfox هي تقنية LPWAN أخرى غير مرخصة تعمل في نطاق جيجا هرتز الفرعي. ويستخدم بروتوكول ملكية فريد لتمكين المدى الطويل, الاتصالات منخفضة الطاقة. يقدم Sigfox حلاً بسيطًا وفعالاً من حيث التكلفة لتوصيل العديد من الأجهزة عبر مساحة واسعة, ولكن لديها قدرات محدودة في عرض النطاق الترددي ومعدل البيانات. تتمتع أجهزة Sigfox بنطاق أقصى يبلغ 40 كم في البيئات الخارجية و 10 كم في المناطق الحضرية.

LTE-M (التطور طويل المدى للآلات)

LTE-M, يُعرف أيضًا باسم Cat-M1, هي تقنية LPWAN مستندة إلى الشبكة الخلوية ومصممة لتحسين تطبيقات إنترنت الأشياء عبر شبكات LTE الحالية. يوفر تغطية موسعة وعمر بطارية محسنًا مقارنة بالشبكات الخلوية التقليدية. مع معدلات بيانات أسرع من NB-IoT, يعد LTE-M مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب نقلًا متكررًا للبيانات أو الاتصال في الوقت الفعلي.

عديم الوزن

تعد تقنية Weightless تقنية LPWAN ذات معيار مفتوح توفر خيارات الطيف المرخصة وغير المرخصة. إنه يلبي تقديم الأداء العالي, طاقة منخفضة, والاتصال القابل للتطوير لأجهزة إنترنت الأشياء. طورت شركة Weightless SIG ثلاثة معايير LPWAN: انعدام الوزن-N, انعدام الوزن-P, وانعدام الوزن-W. يعمل متغير Weightless-P في طيف غير مرخص, بينما يعمل متغير Weightless-N في نطاق مرخص, تقديم تعزيز الأمن وجودة الخدمة.

ساذج (المعروف سابقًا باسم RPMA)

ساذج, المعروف سابقًا باسم RPMA (مرحلة عشوائية الوصول المتعدد), هي تقنية LPWAN مملوكة تعمل في نطاقات طيف غير مرخصة. ويستخدم نظام تعديل فريدًا وتقنيات وصول عشوائية للمرحلة لتوفير نطاق طويل, اتصال منخفض الطاقة لأجهزة إنترنت الأشياء. يعمل Ingenu على 2.4 نطاق GHZ ISM ويوفر تغطية قوية وانتشار إشارة ممتاز. تتيح تقنيتها الفريدة التشغيل الخالي من التداخل والاتصال الفعال لأجهزة إنترنت الأشياء في مختلف الصناعات.

إي سي-جي إس إم (تغطية موسعة جي إس إم)

EC-GSM هي تقنية LPWAN التي تعمل على تعزيز نظام GSM الحالي (2ز) الشبكات لتوفير تغطية موسعة لأجهزة إنترنت الأشياء. يستخدم تقنيات فعالة لتوفير الطاقة وأنظمة ترميز متقدمة لتمكين عمر البطارية الطويل والاتصال الموثوق. تعمل EC-GSM في نطاق GSM المرخص, توفير التوافق مع البنية التحتية لشبكة GSM الحالية ومسار انتقال سلس لمشغلي الهواتف الخلوية.

LPWAN رالتقنيات في إنترنت الأشياء

تلعب تقنيات LPWAN دورًا حاسمًا في تمكين عمليات نشر إنترنت الأشياء على نطاق واسع. بفضل قدراتها بعيدة المدى واستهلاكها المنخفض للطاقة, فهي تتيح توصيل العديد من الأجهزة عبر مساحات واسعة. وهذا يسهل إنشاء شبكات إنترنت الأشياء في مواقع مختلفة, بما في ذلك المناطق النائية, مدن, وحتى عبر البلدان, المساهمة في تطوير المدن الذكية والصناعات المترابطة. فيما يلي التطبيقات الرئيسية التي تتفوق فيها LPWAN:

المدن الذكية: تتيح LPWAN حلول المدن الذكية مثل الإضاءة الذكية, إدارة المخلفات, إدارة مواقف السيارات, والرصد البيئي. وتساهم هذه التطبيقات في تحسين الكفاءة الحضرية, الاستدامة, والرفاهية العامة للسكان.

إنترنت الأشياء الصناعية: LPWAN يسهل المراقبة عن بعد, الصيانة الوقائية, وتتبع الأصول في البيئات الصناعية. من خلال تسخير LPWAN, يمكن للشركات تحسين العمليات, تحسين الإنتاجية, وتقليل وقت التوقف عن العمل.

الزراعة والزراعة: من خلال الاستفادة من LPWAN, يتم تعزيز الزراعة الدقيقة كبيانات في الوقت الحقيقي عن رطوبة التربة, درجة حرارة, ويتم توفير صحة المحاصيل. هذه المعلومات تمكن المزارعين من اتخاذ قرارات مستنيرة, تحسين استخدام الموارد, وتعزيز الغلة في نهاية المطاف.

تتبع الأصول والخدمات اللوجستية: تساعد تقنيات LPWAN على تتبع الأصول ومراقبتها عبر سلسلة التوريد, ضمان كفاءة العمليات اللوجستية وتقليل الخسائر.

المراقبة البيئية: يتم تسهيل الإدارة البيئية الأفضل بواسطة LPWAN, والذي يسمح بمراقبة المعايير البيئية بما في ذلك جودة الهواء, جودة المياه, ومستويات الضوضاء.

الرعاية الصحية الذكية: تعزيز تقديم الرعاية الصحية ورعاية المرضى, تتيح تقنيات LPWAN مراقبة المريض عن بعد, تتبع الأصول في المستشفيات, ومراقبة درجة حرارة الدواء.

مقارنة تقنيات LPWAN

NB إنترنت الأشياء مقابل. لوراوان ضد. سيجفوكس

إنترنت الأشياء (NB-IoT)., لوراوان, وSigfox هي تقنيات LPWAN مصممة للطاقة المنخفضة, تطبيقات إنترنت الأشياء واسعة النطاق. بينما توفر جميعها اتصالات طويلة المدى وتغطية واسعة, أنها تختلف في الجوانب الرئيسية. تعمل NB-IoT في نطاقات الطيف المرخصة, تقديم معدلات بيانات أعلى, تغطية عميقة, ودعم كثافات الأجهزة العالية. تعمل LoRaWAN في نطاقات غير مرخصة, التفوق في التغطية طويلة المدى وقابلية التوسع, مما يجعلها مثالية للتطبيقات الريفية أو النائية. سيجفوكس, معروف ببساطته وتكلفته المنخفضة, يعد خيارًا مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب تغطية عالمية ومعدلات بيانات منخفضة.

إل بيوان مقابل. لوراوان

LPWAN هو مصطلح عام يشير إلى الطاقة المنخفضة, تقنيات الشبكات واسعة النطاق, بينما LoRaWAN هو تطبيق محدد لـ LPWAN. تعمل LoRaWAN في نطاقات تردد غير مرخصة وتوفر مزايا مثل التغطية طويلة المدى, انخفاض استهلاك الطاقة, قابلية التوسع, وقابلية التشغيل البيني الجيدة.

مقارنة LPWAN وLoRaWAN, it’s important to understand that LPWAN encompasses a broader range of technologies, بينما LoRaWAN هي مجموعة فرعية محددة. يعتمد الاختيار بين LPWAN وLoRaWAN على متطلبات محددة, بما في ذلك تغطية النطاق, استهلاك الطاقة, كثافة الجهاز, واحتياجات التشغيل البيني.

مستقبل سالتوقعات و هدمج LPWAN رالتكنولوجيات

إن مستقبل تقنيات LPWAN مليء بالتطورات المثيرة والخيارات الناشئة. النظر في الاتجاهات التالية:

LPWAN و5G أناالتكامل: مع استمرار انتشار شبكات 5G عالميًا, من المتوقع أن يؤدي دمج تقنيات LPWAN مع 5G إلى تحقيق تقدم كبير في اتصال إنترنت الأشياء. The combination of high-speed 5G networks and LPWAN’s long-range capabilities will enable new use cases requiring both high-bandwidth and long-range communication.

LPWAN المحسنة Fأكل و جالقدرات: تتطور تقنيات LPWAN لتقدم ميزات وقدرات محسنة. وتشمل هذه معدلات البيانات المحسنة, زيادة دعم كثافة الجهاز, وتعزيز التدابير الأمنية. مع نضوج تقنيات LPWAN, ويمكن للشركات أن تتوقع قدرًا أكبر من الموثوقية, المرونة, والكفاءة في عمليات نشر إنترنت الأشياء الخاصة بهم.

مقدمة نهم LPWAN رالتكنولوجيات: بالإضافة إلى تقنيات LPWAN الموجودة, ويجري تطوير وإدخال منتجات جديدة باستمرار. تتضمن بعض تقنيات LPWAN الناشئة البارزة:

• واي فاي (شبكة المرافق الذكية اللاسلكية): Wi-SUN هو معيار اتصالات لاسلكية مصمم لتطبيقات المرافق, مثل أنظمة الشبكات الذكية والمدن الذكية. يوفر تغطية واسعة النطاق, قابلية التوسع العالية, وقابلية التشغيل البيني.
• DASH7 (آيزو/إيك 18000-7): DASH7 هي تقنية LPWAN قياسية مفتوحة مصممة للاتصال بعيد المدى في البيئات الصعبة. وهو يعمل في نطاقات ISM غير المرخصة ويدعم معدلات البيانات المناسبة للتطبيقات الصناعية.

خاتمة

تقود تقنيات LPWAN مستقبل اتصال إنترنت الأشياء. بفضل قدراتها بعيدة المدى وفعاليتها من حيث التكلفة, تُحدث تقنيات LPWAN ثورة في عدد لا يحصى من التطبيقات عبر الصناعات. كما يتكشف المستقبل, يمكننا أن نتوقع المزيد من التطورات المثيرة وتقنيات LPWAN الناشئة التي ستشكل مشهد إنترنت الأشياء. احتضن قوة LPWAN وابدأ رحلة إنترنت الأشياء الخاصة بك اليوم!