ما هو لورا?

ومع التقدم السريع ل إنترنت الأشياء تكنولوجيا, لقد ظهر عدد استثنائي من سيناريوهات إنترنت الأشياء, إلى جانب إطلاق أنظمة اتصالات إنترنت الأشياء المختلفة. تتراوح أنظمة إنترنت الأشياء هذه من إنترنت الأشياء ضيق النطاق (إنترنت الأشياء (NB-IoT).), التطور طويل المدى - الفئة M1 (LTE-M), واي فاي, و سيجفوكس. يعج السوق الآن بالعديد من تحالفات التكنولوجيا والترويج التي تتنافس ضد بعضها البعض لتكون في المقدمة. من بين المتنافسين, برزت تقنية LoRa كنظام اتصالات واعد مع بنية تحتية عالمية لإنترنت الأشياء. من خلال تنفيذها, تعمل LoRa على وضع نفسها بشكل مبتكر في مشهد إنترنت الأشياء. يتعمق هذا المنشور في أساسيات تقنية LoRa, مزاياها, وبنية شبكتها.

مقدمة إلى LoRa وLPWAN

هل سمعت من قبل عن LPWAN؟?

LPWAN (شبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة) هو إنترنت الأشياء (إنترنت الأشياء) تقنية طبقة الشبكة التي تعالج متطلبات استهلاك الطاقة لمسافات طويلة ومنخفضة لإنترنت الأشياء. يتميز باستهلاك منخفض للطاقة, انتقال طويل المدى, عرض النطاق الترددي المنخفض, بنية شبكة بسيطة, والتكاليف التشغيلية المنخفضة. تعد LoRa إحدى التقنيات الأكثر نضجًا والأكثر استخدامًا على نطاق واسع في LPWAN, تفتخر بنظام بيئي متطور وسوق سريع النمو. ومن المتوقع أن يتضاعف معدل نموها في السنوات المقبلة.

عندما يتعلق الأمر بالتكنولوجيا اللاسلكية في تطبيقات إنترنت الأشياء, هناك نوعان رئيسيان: التكنولوجيا اللاسلكية قصيرة المدى مثل البلوتوث, واي فاي, و ZigBee وتكنولوجيا الشبكات واسعة النطاق مثل 2G, 3ز, و 4G. كل تقنية لها مزاياها وعيوبها. قبل LPWAN, كان الاختيار بين استهلاك الطاقة طويل المدى والمنخفض أمرًا لا مفر منه. مع شبكة إل بيوان, لكن, هذه المقايضة متوازنة, مما يتيح اتصالات طويلة المدى واستهلاك طاقة منخفض للغاية دون الحاجة إلى أجهزة إعادة إرسال إضافية.

لذا, ما هي تقنية LoRa بالضبط؟?

LoRa هي إحدى التقنيات السائدة في تكنولوجيا اتصالات LPWAN. إنه نظام نقل لاسلكي لمسافات طويلة جدًا يعتمد على تقنية الطيف المنتشر لتعديل التردد. تم إطلاقه في الأصل بواسطة Cycleo في فرنسا, تم الاستحواذ عليها لاحقًا بواسطة Semtech في 2012. يعالج LoRa كلا من المسافة واستهلاك الطاقة, تزويد المستخدمين بشبكة من أجهزة الاستشعار التي تتمتع بعمر بطارية طويل, قدرات الإرسال لمسافات طويلة, والشبكات البسيطة. نطاقات تردد الشبكة التي ترسلها LoRa هي في الأساس نطاقات تردد مجانية في العالم. نطاقات التردد هذه هي 433 هرتز, 868هرتز, 915هرتز, إلخ.

ما هي مميزات لورا

• تحسين حساسية الاستقبال وتقليل استهلاك الطاقة.

عرض النطاق الترددي لقناة نقل Lora هو 157 ديسيبل, ومسافة الإرسال النظرية تصل إلى 15 كم. تيار العمل لـ Lora هو 10 مللي أمبير فقط والتيار الاحتياطي هو 200na. استهلاك طاقة العمل منخفض جدًا, مما يزيد بشكل كبير من عمر خدمة البطارية.

• بوابة لورا / تدعم العديد من المعالجات المعالجة المتوازية عالية السرعة للبيانات المتعددة القنوات والمتعددة, وقدرة النظام كبيرة.

تعمل البوابة كجسر بين عقد الشبكة, ربط كل عقدة بـ IP مستقل من خلال شبكات الاتصال. The gateway’s parallel processing capability allows it to handle up to 5 مليون شبكة اتصالات بين العقد كل يوم. مع كفاءة نقل عالية, the LoRa gateway’s network occupancy rate is only 10% على افتراض 5 مليون الإرسال يوميا, مع كل حجم الإرسال يجري 10 بايت. يتم تركيبها كملحقات على محطات قاعدة الاتصالات المتنقلة, تتمتع بوابة LoRa بقدرة نقل تبلغ حوالي 20 ديسيبل ويمكن أن تغطي حوالي 2 كم في المناطق الحضرية الكثيفة وما يصل إلى 10 كم في المناطق منخفضة الكثافة.

• تدعم اتصالات محطة LoRa وبوابة النطاق وتحديد المواقع.

يدعم LoRa إمكانيات النطاق وتحديد المواقع بين محطته والبوابة. تستخدم LoRa طرقًا مميزة لقياس المسافة والموقع, حيث يتم تحديد قياس المسافة بناءً على زمن إرسال الإشارة في الهواء, ويعتمد تحديد المواقع على فرق وقت إرسال الإشارة بين بوابات متعددة إلى العقدة. تصل دقة تحديد المواقع إلى 3 أمتار لمسافات تصل إلى 10 كيلومترات.

ما هي بنية شبكة LoRa

تتضمن بنية شبكة LoRa عادةً خادم تطبيقات, خادم الشبكة, بوابة, ومحطة (بما في ذلك وحدة لورا). تتبع طوبولوجيا الشبكة شكل النجمة, حيث تعمل البوابة كمرحل إرسال إشارة يربط بين الأجهزة الطرفية وخوادم الشبكة. بعبارات أبسط, يمكن للأجهزة الطرفية إرسال الإشارات إلى محطات أو خوادم أخرى من خلال بوابة واحدة أو أكثر. علاوة على ذلك, تدعم هذه الشبكة نقل البيانات في اتجاهين, السماح بالاتصال الفعال بين الطرفين.

المعدات الطرفية LoRa لأجهزة إنترنت الأشياء

تعد تقنية LoRa خيارًا بارزًا لمختلف أجهزة إنترنت الأشياء, مثل قراءات العدادات الذكية, تعقب الشحن, مديري المزارع, و اكثر. تدمج هذه الأجهزة وحدات LoRa, التي تتصل ببوابة LoRa من خلال الاتصال اللاسلكي, تمكين الاتصال البيني بين الخادم والمحطة. يحدث الاتصال بين البوابة والخادم من خلال شبكة Ethernet أو شبكات اتصال أخرى ويعمل على بروتوكول TCP/IP.

بناءً على نقل البيانات في LoRa, يمكن تصنيف المعدات الطرفية على أنها الفئة أ, الصف ب, أو الفئة ج.

فئة لورا أ المعدات الطرفية

بعد إرسال الرسالة, ستفتح العقدة نافذة rx1 1 ق بعد الافتراضي. معدل البيانات وتكرار نافذة الاستقبال هما نفس بيانات الوصلة الصاعدة. إذا كانت الرسالة عبارة عن رسالة تأكيد ولم يتلق rx1 الوصلة الهابطة المقابلة, ستفتح العقدة نافذة استقبال أخرى rx2 1 س + 1 بعد إرسال الرسالة, يحتوي معدل البيانات ونقطة التردد الخاصة بنافذة الاستقبال على بيانات افتراضية مختلفة لنطاقات تردد مختلفة في بروتوكول LoRaWAN. فيما يلي خصائص المعدات الطرفية من فئة LoRa:

• تنقسم الإطارات عادة إلى إرسال الوصلة الصاعدة ونقل الوصلة الهابطة. يتكون مسار الوصلة الصاعدة من فتحة زمنية واحدة و 2 فتحات زمنية الوصلة الهابطة (أو النوافذ).
• يجب أن يتم ترتيب المعدات الطرفية حسب المعدات الطرفية كما هو مطلوب. يتم تحديده بشكل عشوائي, على غرار بروتوكول الوها.
• إنه الجهاز الطرفي Lora الأقل استهلاكًا للطاقة.

المعدات الطرفية من فئة LoRa فئة B

ستفتح الفئة B نافذة استقبال على فترات زمنية بناءً على نافذة الاستقبال الخاصة بالفئة A. فيما يلي وظائف المعدات الطرفية من الفئة Lora B:

• بالإضافة إلى الفترات الزمنية المحددة في الفئة أ, وتستخدم هذه المعدات الطرفية نوافذ استقبال إضافية أثناء الوصلة الهابطة.
• ستتلقى معدات الفئة B نوافذ استقبال إضافية للمدة المحددة.
• يتم تحديد المدة بواسطة البوابة باستخدام إطار المنارة.
• لذلك, في هذا الطريق, يشير نظام Lora إلى الخادم عندما يتمكن الجهاز الطرفي من الاستماع.

المعدات الطرفية من فئة LoRa من الفئة C

استنادا إلى فئة نافذة الاستقبال, نافذة الاستقبال من الفئة C مفتوحة في جميع الأوقات باستثناء وقت إرسال العقدة.

يجب تنفيذ الفئة (أ) عن طريق العقد التي تصل إلى شبكة LoRa. يتم تنفيذ كل من الفئة B والفئة C عن طريق إضافة وظائف تعتمد على الفئة A. تنطبق الفئة B على تحديد موضع العقد المتنقلة. تنطبق عقدة الفئة C على الحالة التي يتم فيها إصدار أمر التحكم بشكل نشط ويكون مصدر الطاقة كافيًا. يعمل بروتوكول Lorawan1.1 على تحسين الفئة B والوصول إلى الشبكة. فيما يلي وظائف المعدات الطرفية LoRa من الفئة C:

• يمكن لهذه المعدات الطرفية الاستماع طوال الوقت باستثناء وضع الإرسال. لذلك, إنها مناسبة جدًا للتطبيقات التي تتطلب المزيد من نقل الوصلة الهابطة.
• ستستخدم محطات LoRa من الفئة C طاقة أكبر من نظيراتها من الفئتين A وB.
• زمن الوصول هو الأقل بين جميع الأجهزة الطرفية من فئة LoRa لاتصالات البيانات بين الخوادم والأجهزة الطرفية.

سيناريوهات تطبيق LoRa

يمكن للشبكة القائمة على LoRaWAN توفير مسافة نقل بيانات آمنة واتصال ثنائي الاتجاه, وتغطية المناطق الحضرية بأقل بنية تحتية للشبكة. سيتم استخدام LoRa على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من سيناريوهات التطبيقات مثل الزراعة الذكية, المباني الذكية, والخدمات اللوجستية الذكية.

الزراعة الذكية

للمزارع, هناك سوق كبيرة للطاقة المنخفضة, أجهزة استشعار لمسافات طويلة وطويلة العمر. كشف درجة الحرارة, رطوبة, تركيز ثاني أكسيد الكربون, إن الرقم الهيدروجيني والبيانات الأخرى التي يحصل عليها المستشعر في بيئة نمو المحاصيل لها أهمية كبيرة لتحسين إنتاجية المحاصيل وتقليل هدر الموارد. لا تحتوي هذه البيانات على متطلبات عالية للتأخير الزمني. لورا هو الخيار الافضل. يمكن للمستشعر نقل البيانات المجمعة إلى الخلفية من خلال Lora, ويمكن للمزارعين أن يقرروا ما إذا كانوا سيرشون الماء ويخصبون أم لا وفقا للبيانات.

تتطلب زراعة المراعي طلبًا كبيرًا على أدوات التتبع منخفضة الطاقة والمسافات الطويلة. في الوقت الحالي, عدد الماشية أو الأغنام التي ترعى في الأراضي العشبية كبير جدًا بشكل عام. ومن الصعب على مربي الماشية ملاحظة عدد هذه الحيوانات وصحتها واحدة تلو الأخرى. يمكنهم الحكم على ما إذا كانت حيوانات الرعي تقع ضمن نطاق المرعى من خلال جهاز التتبع. يمكنهم استشعار نبضات القلب ودرجة حرارة الجسم للحيوانات من خلال المستشعر, ونقل البيانات إلى الخلفية للمعالجة المركزية من خلال Lora.

المباني الذكية

بعد الانتهاء من ديكور المبنى, درجة الحرارة, رطوبة, الفورمالديهايد وغيرها من محتوى الغاز الضار, يعد الكشف عن الضوء والبيانات الأخرى للمبنى مهمًا جدًا للمستخدمين. ردود الفعل من هذه المعلومات تساعد المستخدمين’ تنظيم البيئة الداخلية وجعل المستخدمين يتمتعون ببيئة داخلية أكثر صحة ومريحة. بشكل عام, البيئة الداخلية لا تتغير كثيرا. ليست هناك حاجة للحصول على معلومات البيئة الداخلية في الوقت الحقيقي, ومتطلبات الاتصال ليست عالية. في هذا السيناريو, يمكن لبوابة منزلية بسيطة تلبية هذه الاحتياجات. في هذا السيناريو, لورا هو اختيار جيد للغاية.

التصنيع الآلي

في بيئة الإنتاج الصناعي الآلي, يتم تطبيق عدد كبير من التقنيات الذكية, وتتقارب المعلومات والبيانات المختلفة في الشبكة. لذلك, ترتبط خصائص الشبكة المختارة ارتباطًا مباشرًا بجودة تنفيذ خطة الإنتاج. من خلال تحليل هذه البيانات, يمكن للمنتجين تقدير كفاءة الإنتاج وتحليل عملية الإنتاج, والتي يمكن أن تحل المشاكل التي تواجهها في الإنتاج بسرعة. في هذا السيناريو, تكلفة وعمر خدمة أدوات نقل الشبكة مرتفعة للغاية, ولورا خيار مناسب جدًا.

الخدمات اللوجستية الذكية

النطاق الجغرافي لصناعة الخدمات اللوجستية واسع جدًا, لذا فإن الخيار الأول عند اختيار الشبكة هو الاستثمار المنخفض وعمر العمل الطويل. لكي نتمكن من تتبع المنصات وتحديد موقع وحالة البضائع, ما تحتاجه شركة الشحن هو أن تكون المرافق المشاركة في العملية اللوجستية بأكملها تحت تغطية الشبكة, لذلك ليس فقط أن تكون عقد الشبكة اقتصادية بما يكفي للتثبيت على نطاق واسع, ولكن تتمتع أيضًا بالمرونة اللازمة لجعلها قابلة للتثبيت على مركبة نقل كبوابة متنقلة. في هذا الطريق, من الواضح أن تقنية NB-IoT التي تحتاج إلى الاعتماد على محطات قاعدة 4G لنشر الشبكة لا يمكنها تلبية هذا المطلب, والتكلفة المنخفضة لـ LoRa, عمر بطارية مرتفع, حركية عالية, واستقرار الاتصال أثناء الحركة عالية السرعة يجعلها فريدة من نوعها في مجال الخدمات اللوجستية الذكية. قيادة الطريق.

في الموجة الجديدة من تطور إنترنت الأشياء, في مجال الشبكات واسعة النطاق منخفضة الطاقة, لقد قامت الأسواق المتقدمة بالفعل بنشر التطبيقات على نطاق واسع, واستخدم المشاركون المحليون أيضًا الحكمة المفتوحة لتعزيز نشر ونشر شبكات LoRa على نطاق واسع في الصين. طلب, وأعتقد أنه مع زيادة تطبيقات الصناعة, this domestic carrier-level LoRa network formed with the concept of sharing economy will also become the core area of ​​the global LoRa layout.

في الوقت الحالي, the world’s two major Internet of Things networks, NB-IoT وLoRa, تتطور بسرعة. وفقا لإحصائيات الإدارات ذات الصلة, أكثر من 1,000 وصلت منتجات تطبيقات إنترنت الأشياء إلى مقاطعات مختلفة في جميع أنحاء العالم. يُذكر أن 70% من الشركات تسعى بنشاط ناضجة, منتجات إنترنت الأشياء الموثوقة وسريعة النمو. تشتري معظم الشركات حلول NB-IoT وLoRa IoT من MOKOLora. تشمل المشتريات بوابات LoRa, أجهزة كشف الدخان, والمياه العشرات من منتجات إنترنت الأشياء مثل المراقبة, كشف بالأشعة تحت الحمراء, التمركز, مآخذ الكهرباء, إلخ., وتطوير منتجات NB-IoT وLoRa IoT نيابة عن الشركة, من أجل إحاطة أعمال إنترنت الأشياء بسرعة والتصنيف ضمن شركات إنترنت الأشياء الرائدة في المدن في جميع أنحاء العالم. “يرى MOKOLora تطور إنترنت الأشياء في العالم” الوضع يتشكل تدريجيا.

ملخصذ

شبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة (LPWAN) جزء لا غنى عنه من إنترنت الأشياء. تتميز بخصائص مرنة وقابلة للتوسيع ويمكن أن تكون كبيرة أو صغيرة الحجم. وهذا مطلوب لمرحلة النمو والاستكشاف في صناعة إنترنت الأشياء. يُقال إنها التكنولوجيا الأكثر ملاءمة لإنترنت الأشياء. LoRa آمنة وموثوقة, مع ميزات مثل المصادقة الثنائية, التشفير من النهاية إلى النهاية, وحماية النزاهة. إنه شامل وتطلعي في التصميم الأمني, ولكن لا يمكن تجاهل أمان إنترنت الأشياء, وتحتاج الصناعة إلى العمل معًا ومواصلة الترويج لها.