هناك العديد من الحلول التقنية لتقنية نقل نقطة النهاية Netcom لإنترنت الأشياء. معروف حلول تكنولوجيا الاتصال اللاسلكي تشمل NB-IoT, لورا, واي فاي, بلوتوث, زيجبي, سيجفوكس, و جيجا هرتز الفرعية. تقنيات الاتصالات المختلفة لها خصائص مختلفة وسيناريوهات التطبيق الخاصة بكل منها. فيما بينها, LoRa وNB-IoT هما الأكثر استخدامًا والأكثر اهتمامًا بسيناريوهات تطبيق إنترنت الأشياء. يمكن لتقنية LoRa IoT تحقيق مسافات طويلة, نقل البيانات منخفضة الطاقة, والتي لا يمكن تلبيتها بالكامل بواسطة تقنيات اتصالات إنترنت الأشياء الأخرى. وهذا أيضًا هو الهدف الأصلي لتقنية LoRa IoT. تعد تقنية LoRa IoT مناسبة للسيناريوهات ذات النطاق الواسع, كمية صغيرة من البيانات, وتوقيت منخفض. لبناء تطبيقات إنترنت الأشياء وأنظمة إنترنت الأشياء, يجب أن تفهم الغرض بعناية, متطلبات, وبيئة سيناريوهات التطبيق. فقط الفهم التفصيلي والموضوعي للمتطلبات والبيئة يمكنه تحديد تقنية النقل بشكل صحيح. إن اختيار بائع يمكنه تصنيع أجهزة إنترنت الأشياء ببروتوكولات متعددة يمكن أن يجعل مشروع إنترنت الأشياء الخاص بك يسير بسلاسة أكبر.
لورا, ما هو بالضبط?
LoRa هي تقنية نقل WAN منخفضة الطاقة, تستخدم بشكل رئيسي في إنترنت الأشياء. LoRa هو اختصار للمدى البعيد, والمدى الطويل هو أيضًا الميزة الأساسية لـ LoRa, مع مسافة انتقال طويلة لأكثر من 15 كم في المناطق المفتوحة.
باعتبارها واحدة من تقنيات الاتصالات LPWAN, LoRa هو نظام نقل لاسلكي لمسافات طويلة جدًا يعتمد على تقنية الطيف المنتشر. يعتمد LoRa على طيف انتشار تعديل التردد الخطي, والذي لا يحافظ فقط على خصائص استهلاك الطاقة المنخفضة لتعديل طيف الإشارة، بل يزيد أيضًا من مسافة الاتصال بشكل كبير. تتميز تقنية LoRa IoT بحساسية عالية ونسبة إشارة إلى ضوضاء قوية. يمكن لظهور LoRa أن يحل سيناريوهات التطبيق للمسافات الطويلة, طاقة منخفضة, ونقل الإشارات الصغيرة في إنترنت الأشياء. تتمتع LoRa بأداء لا مثيل له وتستخدم على نطاق واسع في عصر إنترنت الأشياء.
مقدمة إلى إنترنت الأشياء
إنترنت الأشياء (إنترنت الأشياء) يشير إلى الأجهزة والتقنيات التي تربط الأشياء بالشبكة. لا تستطيع الكائنات في حد ذاتها إدراك التغيرات في البيئة. يجب تثبيت أجهزة إنترنت الأشياء المختلفة على الكائنات, مثل أجهزة استشعار المعلومات, الماسحات الضوئية بالليزر, أجهزة تحديد الترددات الراديوية, أجهزة استشعار درجة الحرارة والرطوبة, إلخ. بعد أن يتم جمع هذه البيانات, يتم إرسالها إلى الخادم السحابي أو المركز للمعالجة. بعد أن يقوم الخادم بمعالجة البيانات, وسوف تعطي ردود الفعل على أساس المعلومات. ترتبط الكائنات بالكائنات والخوادم من خلال أجهزة الاستشعار, أجهزة الشبكة, وبوابات لتحقيق الإدراك الذكي, الاعتراف وإدارة الأشياء والعمليات. إنترنت الأشياء هو ناقل معلومات يعتمد على الإنترنت وشبكات الاتصالات التقليدية. فهو يسمح لجميع الكائنات المادية المشتركة التي يمكن معالجتها بشكل مستقل بتشكيل شبكة مترابطة.
مقدمة إلى لورا إنترنت الأشياء
يشير LoRa IoT إلى توصيل الكائنات بالشبكة من خلال وحدات LoRa, بوابات, وغيرها من الأجهزة. يهدف LoRa IoT إلى نقل المعلومات المطلوبة المختلفة التي تم جمعها بواسطة أجهزة استشعار مختلفة وأجهزة نهائية مثل أجهزة الاستشعار إلى عقد الشبكة والخوادم من خلال نظام LoRa. يمكن للجهاز الطرفي أيضًا أن يتفاعل وفقًا للمعلومات التي يرسلها الخادم أو أي جهاز طرفي آخر. اتصال نظام LoRa IoT ثنائي الاتجاه.
مزايا وعيوب نظام LoRa IoT
ميزة: تتميز شبكة LoRa IoT بخصائص مسافة الإرسال الطويلة, انخفاض استهلاك الطاقة العمل, العديد من عقد الشبكة, قدرة قوية ضد التدخل, وتكلفة منخفضة.
- مسافة انتقال طويلة: الحساسية -148 ديسيبل, مسافة الاتصال تصل إلى 15 كيلومترات
- انخفاض استهلاك الطاقة العمل: طريقة Aloha تتصل فقط عندما تكون هناك بيانات, ويمكن للبطارية أن تعمل لعدة سنوات
- عقد شبكة متعددة: في وضع الشبكات المرنة, يمكن توصيل عقد متعددة
- قوية مضادة للتدخل: البروتوكول لديه وظيفة LBT, على أساس طريقة ألوها, مع قفز التردد التلقائي ووظائف تعديل المعدل
- تكلفة منخفضة: طيف غير مرخص, انخفاض تكلفة العقدة/المحطة
سلبيات: تتمتع شبكة LoRa IoT بالعديد من المزايا, ولكن له أيضًا عيوب معينة.
- تدخل الطيف: مع التطوير المستمر لـ LoRa, معدات لورا, ويستمر نشر الشبكة في الزيادة, وسوف يحدث تداخل طيفي معين بين بعضها البعض.
- بحاجة إلى بناء شبكة جديدة: أثناء عملية نشر LoRa, يحتاج المستخدمون إلى بناء شبكتهم الخاصة.
- حمولة صغيرة: الحمولة النافعة لبيانات نقل LoRa صغيرة نسبيًا ولها حد بايت.
التطبيقات العملية لورا إنترنت الأشياء
فى السنوات الاخيرة, أصبحت تقنية LoRa اللاسلكية أكثر نضجًا وقامت تدريجيًا بتجميع نظام بيئي كامل لتطبيقات إنترنت الأشياء. من أجل تعزيز إنترنت الأشياء وبناء مدينة ذكية, وقد لحقت حكومة مدينة تايبيه أيضًا باتجاه تطوير هذه التكنولوجيا. من خلال تقنية LoRaWan, تم نشر منصة تجريبية لإنترنت الأشياء لتلبية احتياجات المواطنين من خلال الحلول الذكية. بالإضافة إلى حلول المدينة الذكية التي تروج لها حكومة مدينة تايبيه بقوة, تتضمن سيناريوهات التطبيق المناسبة لـ LoRa IoT أيضًا الأنواع التالية:
مبنى ذكي
لا يمكن لمعدات البناء التقليدية أن تلبي سعي الناس لتحقيق نوعية حياة أعلى, وأصبح بناء الذكاء اتجاها لا مفر منه. يتطلب بناء الذكاء إضافة العديد من أجهزة إنترنت الأشياء إلى المباني. يمكن لأجهزة إنترنت الأشياء هذه إضافة أجهزة استشعار وفقًا لاحتياجاتها, مثل أجهزة استشعار درجة الحرارة, أجهزة استشعار الرطوبة, أجهزة استشعار جودة الهواء, إلخ. يتم نقل المعلومات التي تجمعها هذه المستشعرات بشكل دوري إلى المشرف أو نظام المعالجة التلقائي. سيقوم المشرف أو نظام المعالجة الآلي بضبط درجة حرارة مكيف الهواء والرطوبة الداخلية وفقًا للبيانات لتحسين الهواء الداخلي. ينعكس عمر بطارية LoRa الطويل بشكل جيد هنا.
النار الذكية
تنقسم أعمال مكافحة الحرائق إلى الوقاية من الحرائق ومكافحة الحرائق, وكلاهما لهما متطلبات عالية للوقت. الآن مع ظاهرة الاحتباس الحراري والكثافة السكانية, الناس لديهم متطلبات أعلى وأعلى لمكافحة الحرائق. لا تقتصر الوقاية من الحرائق على منع نشوب الحرائق فحسب، بل تهدف أيضًا إلى العثور بسرعة على نقطة الحريق وإطفاء الحريق قبل حدوثه. يعد منع الحرائق في الغابة أكثر صعوبة من الوقاية من الحرائق الأخرى. لا توجد كهرباء في الغابة, ومساحة الغابات كبيرة. عندما يكون هناك منطقة حريق صغيرة, من الصعب العثور على موقع الحريق. يمكن لنظام LoRa IoT للوقاية من الحرائق أن يحل هذه المشكلة بشكل جيد للغاية. تتمتع LoRa بمساحة نقل كبيرة, انخفاض استهلاك الطاقة, وعمر البطارية الطويل. يمكنه مراقبة حالة الغابة في الوقت الفعلي وإطفاء الحريق في وقت قصير جدًا. عندما يكون المبنى تحت النار, تنقل LoRa حالة الحريق إلى قسم الإطفاء لأول مرة من خلال تقنية الإرسال اللاسلكي, و كاشفات الدخان لوراوان يمكن تخطيط طريق هروب آمن لموظفي الهروب الداخلي لتقليل الأضرار الناجمة عن الحريق.
الزراعة الذكية
الزراعة هي صناعة حساسة من حيث التكلفة. تكلفة أجهزة LoRa IoT أقل من أجهزة إنترنت الأشياء الأخرى, ويعني نطاق النقل الواسع لـ LoRa أنه يجب نشر عدد أقل من الأجهزة في المزارع والمراعي, مزيد من خفض تكاليف التشغيل. يقوم جهاز LoRa IoT بجمع معلومات مختلفة عن بيئة النمو من خلال أجهزة استشعار مثل درجة حرارة, رطوبة, حامض, و اخرين, ومن ثم ينقل هذه المعلومات بشكل دوري إلى الخادم السحابي. وبناء على هذه المعطيات, يمكن للمزارعين تحديد ما إذا كان الوقت قد حان للسقي والتسميد, مما يقلل من استهلاك الموارد المائية ويحسن إنتاجية المحاصيل.
تتبع الخدمات اللوجستية
الآن أصبحت صناعة الخدمات اللوجستية أكثر تطوراً, وهناك المزيد والمزيد من النقل اللوجستي والتخزين اللوجستي. يعتمد تطوير المؤسسات اللوجستية على جودة الإدارة اللوجستية والتتبع اللوجستي. عندما يتم نقل البضائع بالشاحنات, وعادة ما يستغرق وقتا طويلا ومسافة طويلة. سيصبح عمر بطارية جهاز التتبع أو تحديد الموقع والمسافة التي تنتقل بها الإشارة أمرًا في غاية الأهمية. أثناء عملية تحديد موقع البضائع في الوقت الحقيقي, لا يمكن إيقاف تشغيل البطارية. من أجل الحفاظ على عمر البطارية, تتميز تقنية LoRa IoT بنظام لوجستي ذكي معقد. يمكن لشركات الخدمات اللوجستية وضع أجهزة تتبع لورا في المواقع المناسبة وفقا لتوزيع المستودعات وطرق النقل, وإتقان حالة نقل العناصر حقًا. للمؤسسات, يمكنها تحسين كفاءة النقل المؤسسي, فهم نقل البضائع, والحد من فقدان البضائع; للمستهلكين, يمكنهم حقًا فهم موقع النقل والوقت التقريبي لوصول البضائع, وترتيب الوقت المناسب لتلقي التسليم السريع.
ملخص لتقنية LPWAN
هدف تقنيات LPWAN هي تقنية اتصالات شبكة لاسلكية لمسافات طويلة محسنة لـ M2M (جهاز إلى جهاز) سيناريوهات الاتصال في تطبيقات إنترنت الأشياء. تنعكس مزايا تقنية LPWAN بشكل أساسي في السرعة المنخفضة, استهلاك طاقة منخفض للغاية, مسافة طويلة, إنتاجية منخفضة, وتغطية قوية. تظهر هذه الخصائص فقط أن هذه التكنولوجيا تم تطويرها لسيناريو النقل لمسافات طويلة لإنترنت الأشياء. وتشمل التطبيقات المحددة التغطية الحضرية, قراءة العداد عن بعد, فحص غطاء فتحة التفتيش, وتفتيش سفن الصيد البحرية.
كمعسكر التكنولوجيا الجديدة, ينقسم LPWAN إلى فصيلين رئيسيين: نطاق التردد المصرح به ونطاق التردد غير المرخص. تنقسم نطاقات التردد المرخصة إلى EC-GSM, eMTC, وNB-IoT; ال “البطاقة العليا” نطاقات التردد غير المرخصة هي LoRa.
إي سي-جي إس إم
مع ظهور LPWAN, أصبحت عيوب GRPS التقليدية المطبقة على إنترنت الأشياء أكثر وضوحًا. في 2014, يقترح المشروع البحثي 3GPP لترحيل النطاق الضيق (200كيلو هرتز) تكنولوجيا إنترنت الأشياء إلى GSM, تسعى إلى نطاق تغطية أوسع بمقدار 20 ديسيبل أعلى من خدمة GPRS التقليدية, واقترح خمسة أهداف: تحسين أداء التغطية الداخلية, دعم اتصالات الأجهزة واسعة النطاق, تقليل تعقيد المعدات, استهلاك الطاقة, وتأخير الوقت. بواسطة 2015, TSG جيران #67 وذكر تقرير الاجتماع أن EC-GSM قد حققت خمسة أهداف رئيسية. ولكن مع تجميد معيار R13 NB-IoT, يبذل الناس المزيد من الطاقة في المعيار المعاد تعريفه.
eMTC
تمت تسمية مفهوم eMTC رسميًا في R13. يُطلق على R12 السابق اسم MTC منخفض التكلفة, وهي تقنية إنترنت الأشياء تعتمد على تطور LTE. يتم نشر eMTC استنادًا إلى الشبكة الخلوية, ويمكن لمعدات المستخدم الوصول مباشرة إلى شبكة LTE الحالية من خلال دعم تردد الراديو 1.4 ميجاهرتز وعرض النطاق الترددي الأساسي. القدرات الرئيسية لـ eMTC هي السرعة العالية (بالمقارنة مع جي بي آر إس, زيجبي, إلخ.), إمكانية التنقل, موقع, ودعم الصوت.
إنترنت الأشياء (NB-IoT).
إنترنت الأشياء (NB-IoT)., وهو ساخن بشكل خاص في الآونة الأخيرة, هو في الواقع دمج NB-CIoT وNB-LTE. يقترح NB-CIoT تقنية واجهة هوائية جديدة تمامًا, وهي أكثر تعديلاً من شبكة LTE التقليدية. وهو يلبي الأهداف الخمسة المقترحة في اجتماع TSG GERAN#67. ومن أبرز ما يميزها أن تكلفة وحدات الاتصال أقل من تكلفة وحدات GSM وNB-LTE. يتوافق NB-LTE مع شبكة LTE الحالية ويتميز بسهولة النشر. بعد جدل حاد, تم دمج الاثنين أخيرًا لتشكيل المعيار الفني لـ NB-IoT.
مقارنة لورا إنترنت الأشياء وNB-IoT
بناء على اعتبارات التكلفة, سعر الوحدة لوحدة LoRa حوالي 8-10 دولار أمريكي, وليس هناك حاجة لدفع رسوم طيف إضافية لنطاقات التردد غير المرخصة. بالمقارنة مع NB-IoT, لها مزايا كبيرة في التكلفة. من حيث أداء البطارية, نظرًا لأن NB-IoT يعمل على الطيف الخلوي المرخص, يحتاج إلى مزامنة الشبكة بانتظام, والتي سوف تستهلك الطاقة المقابلة. ليس لدى LoRa IoT هذا القلق, ولكن هذه الميزة في NB-IoT يتم الترحيب بها أيضًا بحرارة من خلال الدراجات المشتركة. على هذا الأساس, يمكن وضع السيارة في الوقت الحقيقي. فضلاً عن ذلك, من منظور نموذج الأعمال, ينتمي NB-IoT إلى بناء شبكات مشغلي الاتصالات, ولا يحتاج الجانب التجاري إلى التفكير في نشر المحطات الأساسية بنفسه, وهو أكثر خالية من القلق. و لكن في نفس الوقت, تعد جودة الشبكة وأمنها مخاطر لا يمكن السيطرة عليها, كما سيتم إعاقة القيمة المضافة للمؤسسات نفسها إلى حد ما. لورا, على الجانب الآخر, هي شبكة مؤسسة ذاتية البناء. يجب نشر المحطات الأساسية بنفسها, وعمليات المتابعة, صيانة, تحسين, إلخ. مطلوبة. نقاط التغطية, جودة الشبكة, والأمن كلها مسؤوليتهم الخاصة.
حتى الآن, يتمتع كل من LoRa IoT وNB-IoT بمزايا وعيوب خاصة بهما وسيناريوهات التطبيق الخاصة بكل منهما. لن تكون تكنولوجيا إنترنت الأشياء سائدة حقًا. فيما يتعلق بالتكنولوجيا نفسها, لا يوجد كمال مطلق. بدءا من الأعمال, ومن الضروري جدًا الجمع بين خصائص الأعمال ونماذج الأعمال لاختيار تقنية إنترنت الأشياء الأكثر ملاءمة. ويرافق تطوير تكنولوجيا إنترنت الأشياء “الأبطال” من جميع انحاء العالم. وسننتظر ونرى ما إذا كان سيكون هناك ثلاثة أحزاب أو قوى جديدة للسيطرة على العالم في المستقبل.
لورأ إنترنت الأشياء اقتباسات السوق
إن عصر إنترنت كل شيء هو أيضًا العصر الذي أصبحت فيه البيانات ملكًا. ولكن في كثير من الحالات, إذا لم يكن لدى الكائنات الذكية معلومات الموقع المقابلة, وهذا يعني أن البيانات “غير مرتب” وسيتم تخفيض القيمة القابلة للاستخدام بشكل كبير. مع التطور القوي لصناعة إنترنت الأشياء في العامين الماضيين, كما زاد الطلب على تقنية تحديد المواقع في سيناريوهات تطبيقات إنترنت الأشياء المختلفة بشكل ملحوظ. في الوقت الحالي, هناك العشرات أو حتى المئات من تقنيات تحديد المواقع, ولكل منها مزاياه وعيوبه وسيناريوهات التطبيق المناسبة.
على النقيض من الشبكة الأساسية لـ NB-IoT, من المرجح أن تلعب LoRa دور أ “واي فاي” دورها في عصر إنترنت الأشياء المستقبلي. إن إنترنت كل شيء هو اتجاه لا يمكن إيقافه في المستقبل, والأساس لتحقيق إنترنت كل شيء هو الحاجة إلى ربط عشرات المليارات من المحطات المادية من خلال تقنيات الاتصال المختلفة. بسبب الاختلافات في البيئة والمتطلبات الوظيفية للشبكة, يجب أن يكون للمحطات الطرفية الضخمة المتصلة بالشبكة متطلبات مختلفة مختلفة لشبكة الاتصالات, مما يحدد أن سوق الاتصالات اللاسلكية لإنترنت الأشياء سيكون وضعاً تتنافس فيه مائة مدرسة فكرية.
الحديث عن لورا, سيقارنه العديد من الأشخاص بـ NB-IoT, لأن كلاهما حاليًا يمثلان تقنيات الاتصال اللاسلكي الأكثر تمثيلاً. لكن في الواقع, الاتصال بين LoRa وNB-IoT ليس منافسة بسيطة. إذا كان لدى LoRa أيضًا شبكة يغطيها المشغلون في الصين, يمكن فهمها على أنها علاقة منافسة. لكن في الواقع, لا تملك LoRa المحلية شبكة مشغل, وLoRa مسؤولة بشكل أكبر عن تعويض NB-IoT, وهي علاقة تعاون متبادل. تشكل شبكة LoRa بشكل أساسي شبكة NB-IoT على مستويين. المستوى الأول هو تغطية الشبكة في المساحة المادية. في الاستخدام المستقبلي لإنترنت الأشياء, هناك العديد من الاستخدامات التي لا تستطيع شبكة المشغل تغطيتها, مثل المناطق الجبلية تحت الأرض والمناطق النائية. من الأنسب نشر LoRa والشبكات الأخرى في هذه البيئات. المستوى الثاني هو مستوى الأعمال للتعويض عن احتياجات العمل المعقدة والمتغيرة لمشاريع إنترنت الأشياء. لا تتطلب بعض مشاريع إنترنت الأشياء شبكة عامة ولكنها تتوقع استخدام شبكة خاصة للاتصال, وهو ما يتماشى أكثر مع مصالحهم التجارية سواء فيما يتعلق بأمن البيانات, ميزانية, أو اعتبارات أخرى. يعد هذا المستوى من متطلبات العمل أيضًا ميزة لشبكة LoRa مقارنة بشبكة NB-IoT.
