LoRa هي تقنية راديو تعتمد على LoRaWAN بروتوكول, والتي بالإضافة إلى 5G مناسبة لتطوير المدن نحو المدن الذكية. في بعض التطبيقات, تعتبر شبكة LoRa أكثر ملاءمة من معيار الراديو المتنقل الجديد الذي يُشار إليه كثيرًا.
كثير بهدف تطويرها إلى مدينة ذكية. فكرة “مدينة ذكية” (مدينة ذكية) ليس بجديد. الهدف من تطبيق تقنيات المدن الذكية هو تحسين نوعية حياة السكان, خلق الكفاءة, تقصير فترات الانتظار, تلبية الحاجة إلى الخدمات واستخدام موارد المدينة وبالتالي فرض ضرائب على الأموال بشكل أكثر كفاءة. أظهرت دراسة حديثة أن المدن الذكية يمكن أن توفر $ 5 تريليون في التكاليف 2022.
إنترنت الأشياء, إنترنت الأشياء لفترة قصيرة, يلعب دورًا مهمًا في هذا. تخترق جميع مجالات الحياة تقريبًا وتغير عمليا كل شركة وكل فرع. في ضوء إمكانيات الجيل القادم من اتصالات الهاتف المحمول 5G, السؤال الذي يطرح نفسه هو ما إذا كانت هذه التكنولوجيا ليست الحل الطبيعي لمشاكل المدينة الذكية الحالية? ولكن هناك تقنيات أخرى قد تكون أكثر منطقية لبعض التطبيقات في المدن الذكية – مثل تقليل استهلاك الطاقة من خلال الإضاءة الذكية, أمتار, إلخ. واحد منهم هو لورا.
ما هي شبكة لورا?
الجواب السريع: راديو بعيد المدى. تقنية LoRa للاتصالات اللاسلكية بعيدة المدى (مذياع) أصبح اتصال البيانات ممكنًا من خلال الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات التي تستخدم القليل جدًا من الطاقة. اعتمادًا على وظيفة ووظيفة جهاز الإرسال اللاسلكي هذا, يمكن للبطارية إمدادها بالكهرباء لسنوات. هذا يجب أن يجعل من الممكن الترشح ل 10 إلى 20 سنوات دون تغيير البطارية. هذا يقلل بشكل كبير من جهد الصيانة.
على عكس 4G أو 5G, تعمل شبكة LoRa في نطاق غير مرخص. يتيح ذلك الاتصال ثنائي الاتجاه دون التكاليف التنظيمية وتكاليف المزاد المطلوبة لبناء شبكة على الأطياف المرخصة من الدولة. على وجه التحديد, يستخدم LoRaWAN نطاقات تردد مختلفة إقليمياً في نطاق ISM ونطاق SRD. في أوروبا, منطقة نطاق ISM 1 من 433.05 ميغاهيرتز إلى 434.79 MHz ونطاق SRD أوروبا من 863 ميغاهيرتز إلى 870 ميغاهيرتز. في أمريكا الشمالية, من ناحية أخرى, يتم نقل البيانات في منطقة نطاق ISM 2 من 902 ميغاهيرتز إلى 928 ميغاهيرتز.
العمل معًا في مكان مفتوح, يهدف البروتوكول الموحد إلى خلق قيمة مضافة وزيادة التغطية.
شبكة LoRa في الاستخدام الحضري
تقدم تقنية LoRa مزايا تقنية واقتصادية لتطبيقات المدن الذكية. توفر LoRa و LoRaWAN بنية تحتية ذكية للمراقبة والتحكم. يمكّن هذا Städt من جمع البيانات وتحليلها بكفاءة من آلاف الأجهزة والأنظمة المتصلة بالشبكة. بهذه المعلومات, فمثلا, يجب أن يكونوا قادرين على تحديد الخدمات المناسبة لخططهم بشكل أفضل.
للمناطق الحضرية المكتظة بالسكان, من المفيد أن تخترق إشارات LoRaWAN بعمق نسبيًا في المناطق الحضرية. تعمل تقنية المدن الذكية على تغيير طريقة المدن, السلطات والمواطنين تتفاعل.
أضواء الشوارع في بوسطن
يوضح مثال بوسطن في ماساتشوستس ما هو ممكن مع LoRa. المدينة لديها أكثر من 67,000 مصابيح الشوارع. يضيئون الشوارع المزدحمة, المعالم التاريخية, والشوارع الرئيسية. بأكثر من 1,600 صناديق التبديل و 32,000 غطاء الصرف الصحي, الحفاظ على هذه البنية التحتية هو جهد جماعي كبير – خاصة عندما تكون المصابيح تحت الاستخدام الكثيف في أشهر الشتاء.
مجسات وبوابات LoRa
فكيف تعمل الإضاءة الذكية في مدينة مثل بوسطن? مع شبكة LoRa, يمكن دمج أجهزة الاستشعار في أي نظام إضاءة للشوارع يتحكم في الإضاءة ويجمع بيانات الاستخدام. وتجمع تقنية LoRa بيانات جميع أضواء الشوارع القريبة من خلال تحالف LoRa. تقوم البوابة بعد ذلك بإرسال المعلومات إلى خادم سحابي عام أو خاص, الذي يحلل البيانات, في النهاية يتحكم في الإضاءة ويصدر تلقائيًا تحذيرات بشأن إطفاء الأنوار وغيرها من حالات الفشل إذا لزم الأمر. تحذيرات بشأن المصابيح المحترقة والأعطال الأخرى إذا لزم الأمر.
يمكن للمستخدمين حتى إضافة عن بعد (OTA) تحديثات للتبديل بين الشبكات العامة والخاصة إذا لزم الأمر. الاتصال ثنائي الاتجاه لتكنولوجيا LoRa يجعل هذا ممكنًا. مجموعة تطبيقات تقنية LoRa في المدن الذكية متنوعة للغاية ولا تنتهي بالإضاءة. يمكن استخدام التكنولوجيا بطرق مختلفة:
موقف سيارات: تعرض المراقبة الذكية لوقوف السيارات مواقف السيارات في المدينة لتقليل الازدحام المروري عندما يبحث السائقون عن مكان لوقوف السيارات. تظهر الدراسات أن السائقين ينفقون 17 ساعات في السنة تبحث عن مكان لوقوف السيارات.
تدفق حركة المرور: يمكن لطائرات الهليكوبتر لمراقبة حركة المرور أن تصبح يومًا ما شيئًا من الماضي. يعد الازدحام المروري تحديًا كبيرًا ومزعجًا لسكان المدن. يمكن لأنظمة المرور الذكية التي تراقب حركة مرور المركبات والمشاة على حد سواء أن توجه السيارات والمشاة بشكل أفضل. يتم ذلك باستخدام إشارات المرور الذكية التي تسجل حركة المرور وتنسيق مراحل الضوء. فى المستقبل, يمكن أن تشمل أنظمة المرور الذكية الاتصال بين إشارات المرور وأجهزة الاستشعار في المركبات.
صيانة اشارات المرور: تمكن مراقبة إشارات المرور المدينة / الإدارات البلدية للاستجابة بسرعة للمصابيح المحترقة, أعمدة الإنارة المعيبة (بسبب حادث) أو لأنظمة الإشارات الخاطئة. هذا يساعد في الاختناقات المرورية, الحوادث المحتملة والمواقف الخطرة الأخرى.
الصيانة الوقائية: يمكن لأنظمة المباني الذكية توفير البيانات التي تستخدم نظام الصيانة التنبؤية لضمان صيانة المرافق بشكل صحيح. يمكن لهذه الأنظمة مراقبة الاهتزازات والظروف المادية الأخرى في المباني, الجسور والمعالم التاريخية, حتى تتمكن الإدارة من اتخاذ إجراءات قبل الحاجة إلى إصلاحات رئيسية.
التخلص من النفايات: يعد جمع النفايات مجالًا أساسيًا من مسؤولية إدارة المدينة. في كثير من الأحيان, ومع ذلك, تضيع الموارد غير الضرورية, على سبيل المثال. لتفريغ حاويات نفايات نصف أو ممتلئة قليلاً. ويزداد الأمر سوءًا إذا كانت حاويات النفايات مكتظة بسبب نقص خيارات التتبع. يمكن أن تساعد أنظمة إدارة النفايات الذكية في تحديد مستويات النفايات في الحاويات لتحسين طرق جمع النفايات لتحسين الكفاءة, التكاليف, والنظافة.
الضوضاء وتلوث الهواء: مع انتقال المزيد والمزيد من الناس إلى المدن, أصبحت الضوضاء وتلوث الهواء تحديًا أكبر. يمكن أن توفر المراقبة الذكية للضوضاء وتلوث الهواء بيانات لتحسين رفاهية المواطنين وإظهار الروابط بين المشاكل الصحية النظامية.
LoRa و LEDs: دراسة حالة مع مدن الموانئ
في 2017, مرسى تالين على الساحل الغربي لخليج كوبلي في شبه جزيرة كاكوما (إستونيا) تقنية LoRa المختبرة. يحتوي الميناء على مرافق واسعة النطاق, بما في ذلك أرصفة عائم, فندق عائم, مباني الإدارة, مرافق الطعام ومدرسة إبحار للأطفال, مما يجعلها مركزًا بحريًا حديثًا في منطقة بحر البلطيق هذه. من أجل مواكبة أحدث تقنيات الموانئ, يجب تحديث الإضاءة بالإضافة إلى البنية التحتية.
يتم اختبار تركيب LoRa في جميع المصابيح الموجودة في المنفذ والتي يمكن التحكم فيها عن بُعد عبر شبكة LoRaWAN. يتم توصيل وحدة التحكم في المصباح ببوابة LoRaWAN من خلال نظام راديو ينتمي إلى المنفذ. تدعم البوابات الأخرى المجاورة أيضًا هذا الاتصال. تصور منصة محور IoT الآمنة البيانات المشفرة من العقد الطرفية من خلال الواجهة الخلفية LoRaWAN.
نظام إضاءة شبكة LoRa
يتيح الربط الشبكي للمصابيح عبر LoRa التشغيل المستقل مع ملفات تعريف الإضاءة المُعدة مسبقًا بحيث يسجل المنفذ استهلاكًا أقل للطاقة ولديه حل فعال من حيث التكلفة لنظام الإضاءة. على الرغم من أن المنفذ لا يزال يختبر الحل, أظهرت وحدة التحكم التي تعمل من خلال LoRa تحكمًا محسنًا في الوقت الفعلي وتوحيدًا للإضاءة. القدرة على مراقبة شدة الضوء, يعني وضع التشغيل والحركة أنه يمكن تجنب المصابيح التي تعمل بلا داع وبالتالي يمكن تجنب التكاليف غير الضرورية.
مع تنفيذ نظام الإضاءة الجديد هذا, المنفذ يحدد المسار لما يمكن أن تبدو عليه المنافذ المستقبلية. الأمن ليس في خطر. بالإضافة إلى نقل البيانات عبر منصة آمنة تمامًا, بالإضافة إلى نقل البيانات عبر منصة آمنة بالكامل, تتيح أنظمة التحكم في الوصول مزيدًا من المرونة والإخطارات في الوقت الفعلي بالإضافة إلى التحذيرات بشأن الأنشطة غير المصرح بها المحتملة. لمعالجة المخاوف الأمنية, تضمن تقنية Semtech عدم تمكن أي شخص من الوصول إلى مفتاح الجذر, أنه لا يمكن نسخ النظام, وأن المستخدم الفعلي فقط هو من يمكنه الوصول إلى بيانات المستشعر.
يمكن أن تعمل التكنولوجيا أيضًا على الشبكات الخاصة, إعطاء المزود مزيدًا من التحكم, الرؤية, والأمن على البيانات. يمكن أيضًا تشغيل التقنية في شبكة خاصة لمنح مقدمي الخدمة مزيدًا من التحكم, الرؤية والأمان على البيانات. تنفيذ أنظمة ذكية تعمل على أتمتة عمليات البنية التحتية وتبسيطها (على سبيل المثال. إضاءة) هي إحدى الخطوات الأولى نحو عمليات أكثر ذكاءً وموثوقية في الموانئ.
صيانة أقل بسبب كفاءة الطاقة العالية
تعتبر شبكة LoRa مفيدة بشكل خاص في حالة زيادة القيمة المضافة للتطبيق وتقليل الاستثمارات في البنية التحتية والصيانة. المرونة, تدعم تقنية LoRa الموفرة للطاقة إنشاء شبكات عامة أو خاصة عبر مسافات طويلة. تخيل آلاف المستشعرات المثبتة في مصابيح الشوارع وسيتعين عليك استبدال البطاريات في هذه المستشعرات عدة مرات في السنة. نظرًا لاستهلاك الطاقة المنخفض للغاية لـ LoRa, البطاريات في أجهزة الاستشعار يمكن أن تتيح سنوات من التشغيل, مما يقلل الوقت بشكل كبير, التكلفة ونفقات الموظفين للصيانة.
بالاضافة, بنية LoRa المرنة والقابلة للتطوير, الذي يعتمد على طيف غير مرخص, يتيح إنشاء شبكة عامة أو خاصة ذات نطاق طويل بسرعة وسهولة – من الموانئ إلى المدن إلى مرائب وقوف السيارات. يمكن أيضًا تثبيت المستشعرات على الأبراج الخلوية الموجودة. هذا يقلل من الاستثمار المطلوب لإنشاء بنية تحتية للشبكة لدعم تطبيقات إنترنت الأشياء.
جنبا إلى جنب مع المستشعرات التي تقدم مدى بعيد (يصل إلى 50 كم في المناطق الريفية) أو أكثر من كيلومترات في مناطق حضرية مكتظة بالسكان أو مناطق داخلية, ميزة LoRa واضحة على الفور. يمكن لتقنيات المدن الذكية أن تقدم حلولاً جديدة لتطبيقات حضرية أكثر ذكاءً وتحسينًا. بناء قابلة للتطوير, مرن, وشبكة إنترنت الأشياء طويلة المدى الآمنة يمكن أن تجعل بعض استثمارات البنية التحتية غير ضرورية وتقلل من تكاليف الصيانة. تعتبر مواصفات LoRa و LoRaWAN أساسًا مناسبًا لحلول المدن الذكية الناجحة.
