LoRaWAN هي تقنية تكتسب شعبية بسرعة في مجال حلول إنترنت الأشياء. في الوقت نفسه، بالنسبة للعديد من العملاء، لا يزال يتم دراسته قليلا وغريبا، ولهذا السبب هناك العديد من الأساطير والمفاهيم الخاطئة حوله. وفي عام 2018، اعتمدت روسيا تعديلات على التشريعات المتعلقة باستخدام ترددات LoRaWAN، مما يوسع من إمكانيات استخدام هذه التكنولوجيا دون ترخيص. نعتقد أن الآن هو أفضل وقت للبدء في استخدام هذه التكنولوجيا لحل مشاكل العمل الحقيقية.
في هذه المقالة سنلقي نظرة على المبادئ الأساسية لـ LoRaWAN، وخيارات بناء شبكتك الخاصة واستخدام موفري الطرف الثالث، وسنتحدث أيضًا عن منتجاتنا التي تدعم LoRaWAN.
ما هو لوراوان
LoRaWAN عبارة عن مجموعة من البروتوكولات التي تحدد طبقات نقل البيانات المادية وطبقات الشبكة للأجهزة منخفضة الطاقة ومنخفضة الطاقة التي تعمل عبر مسافات طويلة. اختصار LoRa يعني المدى الطويل، أي مسافات طويلة لنقل البيانات، ويعني WAN (شبكة واسعة النطاق) أن البروتوكول يصف أيضًا طبقة الشبكة.
على عكس معايير الاتصالات اللاسلكية GSM/3G/LTE/WiFi المعروفة، تم تصميم LoRaWAN في الأصل لخدمة عدد كبير من أجهزة المشتركين منخفضة الطاقة في وقت واحد. ولذلك، فإن التركيز الرئيسي هو على الحصانة للتدخل، وكفاءة الطاقة والمدى. وفي الوقت نفسه، يقتصر الحد الأقصى لمعدلات نقل البيانات على بضعة كيلوبتات في الثانية فقط.
مثل الشبكة الخلوية، لدى LoRaWAN أجهزة مشتركين ومحطات أساسية. يمكن أن يصل مدى الاتصال بين جهاز المشترك والمحطة الأساسية إلى 10 كم. في هذه الحالة، عادةً ما يتم تشغيل أجهزة المشتركين ذاتيًا بواسطة بطارية وتكون في معظم الأوقات في وضع توفير الطاقة، ويتم تنشيطها أحيانًا لتبادل البيانات على المدى القصير مع الخادم. على سبيل المثال، يمكن أن تنشط عدادات المياه مرة واحدة كل بضعة أيام وتنقل القيمة الحالية لحجم المياه المستهلكة إلى الخادم، وتظل في وضع السكون بقية الوقت. يتيح هذا الأسلوب الحصول على أجهزة تعمل لمدة تصل إلى عدة سنوات دون الحاجة إلى استبدال البطاريات. تتمثل مهمة أجهزة LoRaWAN في إرسال/استقبال البيانات الضرورية من المحطة الأساسية في أسرع وقت ممكن وتحرير موجات الأثير للأجهزة الأخرى، وبالتالي فإن الشبكة لديها قواعد صارمة فيما يتعلق بالوقت الذي تستغرقه على الهواء. تقوم الأجهزة بنقل البيانات فقط بعد تلقي التأكيد من المحطة الأساسية، وهذا يسمح لك بالتحكم في الحمل على موجات الأثير على جانب الخادم وتوزيع جلسات تبادل البيانات بالتساوي مع مرور الوقت.
يصف معيار LoRa الطبقة المادية، وتعديل الإشارة في نطاقات التردد 433 ميجا هرتز، و868 ميجا هرتز في أوروبا، و915 ميجا هرتز في أستراليا/أمريكا، و923 ميجا هرتز في آسيا. في روسيا، يستخدم LoRaWAN النطاق 868 ميجاهرتز.
كيف يعمل لوراوان
نظرًا لأن LoRaWAN تعمل في نطاق غير مرخص، فإنها تبسط إلى حد كبير نشر شبكتها الخاصة مع المحطات الأساسية، وفي هذه الحالة ليست هناك حاجة للاعتماد على مشغلي الاتصالات. بالإضافة إلى نشر شبكتك الخاصة، يمكنك استخدام شبكات المشغلين الحاليين. يوجد مقدمو خدمات LoRaWAN بالفعل في جميع أنحاء العالم وقد بدأوا مؤخرًا في الظهور في روسيا، على سبيل المثال المشغل إلى شبكة LoRaWAN الخاصة بك في العديد من المدن.
في روسيا، تعمل LoRaWAN عادةً في النطاق 866-869 ميجا هرتز، والحد الأقصى لعرض القناة التي يشغلها جهاز مشترك واحد هو 125 كيلو هرتز. هذا هو الشكل الذي يبدو عليه تبادل البيانات عبر بروتوكول LoRaWAN على المخطط الطيفي المسجل بواسطة مستخدم habra Ruslan نادرشين بمساعدة حقوق السحب الخاصة.
في روسيا، منذ عام 2018، تم اعتماد تعديلات على القوانين تقلل بشكل كبير القيود المفروضة على استخدام ترددات 868 ميجاهرتز. يمكنك أن تقرأ بالتفصيل عن القواعد التشريعية الجديدة التي تنظم ترددات LoRaWAN في روسيا .
المحطة الأساسية — في مصطلحات معايير LoRaWAN يُطلق عليها اسم البوابة أو المحور. من حيث الغرض، يشبه هذا الجهاز المحطات الأساسية للشبكات الخلوية المتنقلة التقليدية: تتصل به الأجهزة الطرفية وتتبع تعليماته لاختيار القنوات والطاقة والفترات الزمنية لنقل البيانات. ترتبط المحطات الأساسية بخادم برمجي مركزي، يمكنه الوصول إلى حالة الشبكة بأكملها ككل، ويتعامل مع تخطيط الترددات، وما إلى ذلك.
عادةً ما تكون محطات LoRaWAN الأساسية متصلة بالطاقة الثابتة وتتمتع بوصول مستقر إلى الإنترنت. تقدم Advantech عدة نماذج من المحطات الأساسية من سلسلة LoRaWAN بسعة 100 و500 جهاز مشترك، وإمكانية الاتصال بالإنترنت عبر Ethernet وLTE.
جهاز المشترك - جهاز عميل منخفض الطاقة، عادةً ما يعمل بالطاقة الذاتية. في معظم الأحيان يكون في وضع توفير الطاقة أثناء النوم. يتفاعل مع خادم التطبيق البعيد لإرسال/استقبال البيانات. يخزن مفاتيح التشفير للمصادقة في المحطة الأساسية وخادم التطبيقات. قد يكون ضمن منطقة التغطية لعدة محطات قاعدية. يلتزم بدقة بقواعد العمل على الهواء الوارد من المحطة الأساسية. الأجهزة ADVANTECH هي محطات إدخال/إخراج معيارية، مع واجهات إدخال/إخراج تناظرية ورقمية متنوعة وواجهات تسلسلية RS-485/232.
يمكن للعميل نشر محطات LoRaWAN الأساسية الخاصة به أو استخدام الشبكات الحالية لمشغلي الطرف الثالث
شبكة LoRaWAN العامة
في هذه البنية، تتصل الأجهزة بالشبكة العامة لمشغل خارجي. يحتاج العميل فقط إلى شراء أجهزة المشتركين وإبرام اتفاقية مع المزود واستلام المفاتيح للوصول إلى الشبكة. وفي الوقت نفسه، يعتمد العميل بشكل كامل على تغطية المشغل.
ضع في اعتبارك أن شبكة LoRaWAN العامة قد يكون لها قيود صارمة على وقت البث الذي يمكن أن يشغله الجهاز، لذلك بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب تبادلًا متكررًا للبيانات، قد لا تكون هذه الشبكات مناسبة.
قبل إرسال البيانات، يطلب الجهاز الإذن بالإرسال، وفقط إذا استجابت المحطة الأساسية للتأكيد، سيتم التبادل.
عند استخدام شبكة LoRaWAN تابعة لجهة خارجية، يستخدم العميل البنية التحتية للمحطة الأساسية لشخص آخر ويعتمد على تغطية الموفر وقيود نقل البيانات الخاصة به
يعد هذا النهج مناسبًا، على سبيل المثال، عند استبدال أجهزة المشتركين في المناطق الحضرية حيث توجد البنية التحتية اللازمة بالفعل. على سبيل المثال، لتركيب أجهزة استشعار في المباني السكنية ومع كمية صغيرة من البيانات المرسلة، لجمع البيانات من عدادات الكهرباء أو استهلاك المياه. يمكن لهذه الأجهزة نقل البيانات مرة واحدة كل بضعة أيام.
شبكة LoRaWAN الخاصة
عند نشر شبكة خاصة، يقوم العميل بشكل مستقل بتثبيت المحطات الأساسية وخطط التغطية. يعد هذا الأسلوب مناسبًا عندما تحتاج إلى تحكم كامل في الشبكة، أو في المواقع التي لا توجد بها تغطية المشغل.
في الشبكة الخاصة، يتمتع العميل بالتحكم الكامل في البنية التحتية
في هذه البنية، يقوم العميل باستثمار لمرة واحدة في المعدات اللازمة لنشر المحطات الأساسية ولم يعد يعتمد على الخدمات ومشغلي الطرف الثالث. هذا الخيار مناسب لبناء شبكة في المواقع الزراعية النائية، ومرافق الإنتاج، وما إلى ذلك. إن امتلاك شبكتك الخاصة يجعل من السهل توسيع نطاق البنية التحتية الحالية وزيادة التغطية وعدد أجهزة المشتركين وحجم البيانات المرسلة.
محطات الإدخال/الإخراج للمشترك
الخصائص التقنية
- إصدارات لجميع نطاقات التردد العالمية LoRaWAN
- نطاق الاتصال مع القاعدة تصل إلى 5 كم
- وحدات التوسع للاتصال الأجهزة الطرفية
- مدمج بطارية 4000 مللي أمبير
- وحدة GPS (جاليليو/بيدو/جلوناس)
- حماية IP65
- برمجة يو اس بي
أجهزة السلسلة هي محطات معيارية لتوصيل الأجهزة الطرفية المختلفة بشبكة LoRaWAN. بمساعدتهم، يمكنك جمع البيانات من أي أجهزة استشعار رقمية وتناظرية، مثل مقاييس الحرارة ومقاييس الرطوبة ومقاييس الضغط الجوي ومقاييس التسارع وما إلى ذلك، والتحكم في الأجهزة الأخرى عبر واجهات RS-232/485. يحتوي على بطارية مدمجة بقوة 4000 مللي أمبير، والتي يمكن أن تعمل بشكل مستقل لمدة تصل إلى ستة أشهر. يتكامل مع الألواح الشمسية لشحن البطارية. يتيح لك جهاز استقبال GPS المدمج تحديد موقع الجهاز بدقة، مما يبسط عملية المحاسبة والتثبيت: يمكن تركيب الأجهزة دون الدخول أولاً إلى قاعدة البيانات، وبعد التثبيت يتم ربطها تلقائيًا بالكائن بناءً على الإحداثيات المستلمة.
تتم البرمجة والتكوين عبر واجهة USB عادية ولا تتطلب وحدات تحكم ومبرمجين إضافيين، لذا يمكن إجراؤها في الموقع باستخدام جهاز كمبيوتر محمول.
وحدات الواجهة
مجموعة من الواجهات لتوصيل الأجهزة الخارجية ، يتم تنفيذه باستخدام وحدات الواجهة المتصلة من الأسفل. إلى محطة واحدة يمكن توصيل وحدة واجهة واحدة. اعتمادًا على مهام العميل، يمكن أن تكون هذه المدخلات/المخرجات رقمية أو تناظرية، أو واجهات تسلسلية. تتم حماية جهات اتصال الواجهة بواسطة موصل مغلق مع اتصال ملولب M12.
- - 4 مدخلات تناظرية و4 مدخلات رقمية
- WISE-S615-A - 6 قنوات لمقياس الحرارة RTD (كاشف درجة حرارة المقاومة).
- WISE-S617-A - 6 مدخلات رقمية، 2 واجهات تسلسلية RS-232/485
مستشعر سلسلة Wzzard LRPv2
أجهزة الاستشعار من سلسلة BB هذه هي أجهزة المشتركين في LoRaWAN المصممة لجمع البيانات في البيئات القاسية ومصممة للتثبيت السريع. تحتوي على قاعدة مغناطيسية ويمكن تثبيتها بشكل آمن على الأسطح المعدنية دون أدوات تثبيت إضافية، مما يتيح لك نشر شبكة من العديد من الأجهزة بسرعة. تم تصميم موصل الواجهة المختوم الموجود على الجانب لتوصيل الأجهزة الطرفية وأجهزة الاستشعار الخارجية.
الخصائص التقنية
- التشغيل في جميع نطاقات التردد LoRaWAN 868/915/923MHz
- تركيب مغناطيسي على سطح معدني
- واجهات RS485 (Modbus)، 4 مدخلات تناظرية، 2 مخرجات رقمية، 1 مخرجات رقمية
- اتصال مختوم لكابل الواجهة
- مدعوم من بطاريتين ليثيوم AA، أو ألواح شمسية أو مصدر طاقة 2 ~ 9 فولت
- فئة الحماية IP66
- التشغيل في درجات حرارة -40 ~ 75 درجة مئوية
محطات قاعدة لوراوان
تقدم Advantech مجموعة كاملة من الأجهزة لنشر شبكة LoRaWAN خاصة. سلسلة البوابات تستخدم لتوصيل أجهزة المشتركين، مثل и ونقل البيانات إلى خادم التطبيق. يتضمن الخط نماذج تدعم الاتصال المتزامن لأجهزة 100 و 500 مشترك. تتصل البوابة بالإنترنت عبر إيثرنت، وتتوفر أيضًا إصدارات تحتوي على مودم 4G مدمج. يدعم بروتوكولات MQTT وModbus لنقل البيانات إلى خادم التطبيقات.
الخصائص التقنية
- يدعم جميع نطاقات LoRaWAN
- خدمة متزامنة لـ 100 أو 500 جهاز مشترك
- اتصال إيثرنت
- اختياري: مودم LTE مدمج
- خادم/عميل VPN مدمج
اختتام
تجذب تقنية LoRaWAN الكثير من الاهتمام بين الحلول الصناعية، واليوم يمكنها حل العديد من مشاكل الأعمال بشكل فعال. ولكن بالنسبة لمعظم العملاء، لا تزال LoRaWAN تقنية غير معروفة وغير مفهومة. ونحن نعتقد أنه في المستقبل القريب سيكون منتشرًا على نطاق واسع مثل الشبكات الخلوية الكلاسيكية، مما سيسمح لعملائنا بتنفيذ حلول إنترنت الأشياء المستقلة بسهولة أكبر.
المصدر: www.habr.com