ما هي تقنية LoRa وكيف تعمل؟ – دليل متعمق

إذا كنت تتابع الاتجاهات التقنية أو لديك اهتمام في إنترنت الأشياء (إنترنت الأشياء), من المحتمل أنك سمعت الكلمات الطنانة "Lora" أو "Lorawan". تمت مناقشته على نطاق واسع في منشورات المدونة حول التأثير الذي سيكون عليه على المدن الذكية, الزراعة, المراقبة الصناعية وغيرها من الحقول المتعلقة بإنترنت الأشياء. قد تعرف بالفعل أن الأمر يتعلق بالاتصال اللاسلكي والشبكات طويلة المدى. في هذه المدونة, سأقدم نظرة عامة على ماهية لورا, كيف تعمل, فوائدها الرئيسية, التطبيقات, ونصائح للبدء.

ما هي تكنولوجيا لورا

لورا, قصير المدى, هي تقنية تردد راديو لاسلكية تتيح المدى بعيد المدى, التواصل منخفض الطاقة بين الأجهزة. هذا بالضبط ما يقترحه اسمه, والمدى الطويل يعني إنشاء اتصالات لاسلكية تنتقل إلى أبعد من التقنيات التقليدية مثل WiFi أو Bluetooth.

"LORA® هي الطبقة المادية أو التعديل اللاسلكي المستخدم لإنشاء رابط الاتصال طويل المدى ... يعتمد LORA® على تعديل طيف انتشار الغرد ... LORA® هو أول تطبيق منخفض التكلفة للاستخدام التجاري." نظرة فنية على Lora® و Lorawan ™ من Lora Alliance

بناءً على التعريف أعلاه, من الواضح أن لورا ليس بروتوكول اتصال ولكنه تقنية تعديل, طريقة لترميز البيانات على موجات الراديو بحيث يمكن للأجهزة التحدث مع بعضها البعض بكفاءة. عندما يتم دمجها مع كومة بروتوكول لوروان, يمكننا إنشاء شبكة اتصالات طويلة المدى كاملة لأجهزة إنترنت الأشياء.

معظم التكنولوجيا اللاسلكية تتبع هذه المفاضلة: المزيد من النطاق = المزيد من الطاقة. لكن لورا تكسر هذا النمط. بالمقارنة مع تعديل التقليدية و FSK, تعتمد Lora على طيف انتشار الغرد (CSS) تعديل, والتي يمكن أن تزيد بشكل كبير من نطاق الاتصالات, لذلك يمكن أن يحقق نطاق نقل من عدة كيلومترات مع استهلاك الطاقة المنخفض للغاية.

قصة لورا

لفهم لورا في السياق الصحيح, من الضروري أن نلقي نظرة سريعة على تاريخ اتصال لورا.

تم تطوير أسس ماهية لورا الحديثة من قبل نيكولاس سورنين وأوليفييه بائع من فرنسا في 2009, الذي بدأ في وقت لاحق شركة Cycleo مع François Sforza في 2010. بدءا, استهدفوا صناعة القياس للغاز, ماء, والكهرباء. في 2012, تم الحصول على Cycleo بواسطة Semtech.

لم يكن حتى فبراير 2015 أن Lora Alliance®, تحالف غير ربحية, تم تشكيلها لتوحيد وترويج لوروان (مرة واحدة دعا لوراماك) - بروتوكول اتصال مبني على تعديل Lora.

طوال أواخر عام 2010, كان هناك الكثير من عمليات نشر لورا ولوروان, وهذا أدى إلى شعبية واسعة النطاق للتكنولوجيا, خاصة في أوروبا وبعض قصص النجاح المبكرة البارزة.

بحلول أوائل 2020s, مجال LPWAN (شبكات المنخفضة المنخفضة في المنطقة) حصل على قدر كبير من الفائدة العالمية, لدرجة أنه كان هناك العديد من التقنيات المتنافسة مثل NB-Iot و Sigfox Vaying من أجل هيمنة السوق.

بحسب ال تحالف لورا 2024 تقرير نهاية العام, هناك اكثر من 350 مليون العقد نهاية و 6.9 مليون بوابة مع لورا ICS التي تم نشرها في جميع أنحاء العالم. يعد تحالف لورا الآن أحد أكبر تحالفات إنترنت الأشياء على مستوى العالم. بدأنا أيضًا في رؤية أجهزة لورا ولوروان أصبحت شائعة بشكل متزايد. من المتوقع أن ينمو سوق لورا ولوروان IoT $8.0 مليار في 2024 إلى $32.7 مليار بواسطة 2029.

كيف يعمل لورا

تتكون بنية شبكة Lorawan من عقد Lora, بوابات لورا, خادم الشبكة وخادم التطبيق. في الهندسة المعمارية لوروان, عادة ما تكون العقد في طوبولوجيا النجوم مع بوابات تشكل جسرًا شفافًا. التواصل إلى نهاية العقد عمومًا ثنائية الاتجاه, مما يعني أن البوابة يمكنها جمع البيانات من العقد النهائية, ولكن يمكنه أيضًا إرسال أوامر إلى العقد النهائية.

عقد لورا: العقد النهائية هي عناصر شبكة Lora حيث يتم إجراء التحكم أو الاستشعار. عادة ما تكون تعمل بالبطارية وتقع عن بعد. ترسل العقد النهائية بيانات إلى كل بوابة في المنطقة المجاورة لها وينقل البيانات في الدورية وليس 24 × 7.

بوابة LoRa: تتلقى البوابة البيانات من العقد النهائية Lora ثم تقوم بتوجيهها إلى خادم الشبكة. تتكون بوابة لورا عادة من وحدة راديو لورا, المعالج الدقيق, وسيلة اتصال الإنترنت.

تقوم البوابة بتحويل البيانات المستلمة من عقد Lora إلى تنسيق TCP/IP عبر شبكة Backhaul (إيثرنت, 3ز, 4ز, واي فاي, إلخ) ويرسلها إلى خادم الشبكة. Lora Gateway تدعم القنوات المتعددة, أجهزة الإرسال والاستقبال متعددة التعديل, وحتى إزالة التشكيل في وقت واحد للإشارات على نفس القناة. إنهم لا يقومون بتخزين أي بيانات ويتصرفون فقط كتعاون مع خادم الشبكة. يمكن للبوابة توصيل العديد من الأجهزة الطرفية. و SX1301 مع 8 يمكن للقنوات التعامل معه 1.5 مليون حزمة يوميا, الدعم حولها 62,500 أجهزة ترسل حزمة واحدة في الساعة.

خادم الشبكة: يدير خادم الشبكة الشبكة. تقوم بتصفية الحزم المكررة التي تسببها بوابات متعددة تتلقى نفس البيانات, ينفذ فحوصات أمنية, يدير حركة المرور البوابة والتوجيه, السيطرة على معدل التكييف, وإعادة توجيه الرسائل إلى خادم التطبيق.

خادم التطبيق: يقوم خادم التطبيق بمعالجة البيانات من خادم الشبكة, تحليل بيانات المستشعر, يدعم وظائف مثل عرض الحالة وتنبيهات في الوقت الفعلي, ويمكنه إرسال الردود إلى العقدة النهائية اختياريًا.

فوائد وعيوب تكنولوجيا لورا

يعد فهم خصائص Lora مفتاحًا لتحديد تطبيقاتها الممكنة. دعونا نلقي نظرة أعمق على إيجابيات وسلبيات لورا لمساعدتك في التفكير في المكان الذي يناسبه بشكل أفضل.

فوائد لورا:

• بعيد المدى: يربط الأجهزة حتى 15-20 كم في المناطق الريفية و 2-5 كم في المناطق الحضرية. تصاريح التغطية على نطاق المدينة, ويتم تحقيق اختراق جيد للمباني.
• قوة منخفضة وعمر طويل: مصمم للاستخدام المنخفض للطاقة مع عمر بطارية لفترة طويلة حتى 10 سنوات. فمثلا, موكوسمارت مستشعر وقوف السيارات LW009 Lorawan يمكن أن تعمل حتى 5 سنوات.
• سعة عالية: يمكن بوابة لورا واحدة التعامل مع ملايين الرسائل من الآلاف من العقد النهائية.
• تكلفة منخفضة: انخفاض الاستثمار في البنية التحتية الأولية, نطاق تردد ISM المجاني, وأجهزة استشعار عقدة النهاية غير مكلفة.
• معيار مفتوح: يتم الحفاظ على لوروان من قبل تحالف لورا. يدفع النشر السريع والتشغيل البيني للجهاز.

عيوب لورا:

• سرعة انتقال منخفضة: لدى Lora عرض ترددي ضيق نسبيًا وقدرته على الإرسال على مسافات طويلة تأتي على حساب انخفاض معدلات البيانات, مما يجعلها مناسبة لشبكات المستشعرات وليس تطبيقات البيانات العالية.
• حمولة محدودة: تدعم Lora فقط حزم البيانات الصغيرة, مع أقصى قدرة بيانات حوالي 242 بايت لكل انتقال. هذا يجعلها أقل ملاءمة لحالات الاستخدام التي تحتاج إلى تحويلات بيانات كبيرة.

تطبيقات تقنية لورا

تستخدم تقنية Lora اللاسلكية على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من التطبيقات. تعني إمكانات طويلة المدى ومنخفضة الطاقة أنه يمكن نشر العقد النهائية في مجموعة واسعة من الأماكن, داخل المباني أو في المناطق النائية, لنقل الحزم بمعلومات مهمة إلى البوابة. فيما يلي بعض تطبيقات LoRa الشائعة:

المدن الذكية - القياس الذكي, المراقبة البيئية, وقوف السيارات الذكية, إنارة الشوارع, إدارة النفايات وأكثر.

سلسلة التوريد والخدمات اللوجستية - تتبع الأصول والمراقبة, مراقبة سلسلة التبريد, إدارة الأسطول.

زراعة - مراقبة التربة, التحكم في الري, تتبع الماشية.

إنترنت الأشياء الصناعي - مراقبة المعدات, الصيانة الوقائية, التشغيل الآلي.

مراقبة البنية التحتية - مراقبة مسارات السكك الحديدية, الجسور, وأنفاق أي تغييرات مادية.

خدمات - شبكة ذكية, قياس الغاز / الماء, كشف التسريب, توليد الطاقة الموزعة.

المنازل والمباني الذكية - HVAC والتحكم في الإضاءة, إدارة الطاقة, مراقبة إشغال الغرف.

LoRa مقابل LoRaWAN: ما هو الفرق?

يصف LoRa الطبقة المادية الدنيا, كانت طبقات الشبكات العلوية غائبة. LoRaWAN هو أحد البروتوكولات العديدة التي تم تطويرها لوصف الطبقات العليا من الشبكة. LoRaWAN هو التحكم في الوصول إلى الوسائط المستندة إلى السحابة (ماك) بروتوكول الطبقة ولكنه يعمل بشكل أساسي كبروتوكول طبقة الشبكة لإدارة الاتصال بين أجهزة العقدة الطرفية وبوابات LPWAN, كبروتوكول توجيهي, التي يحتفظ بها تحالف LoRa. إصدار مواصفات LoRaWAN 1.0 صدر في يونيو 2015.

LoRaWAN يحدد بنية النظام وبروتوكول الاتصال للشبكة, بينما تسمح طبقة LoRa المادية بربط الاتصال بعيد المدى.

إذن باختصار:

LoRa = تعديل الطبقة المادية

LoRaWAN = بروتوكول الاتصال والهندسة المعمارية

يوفرون معًا الحل الكامل بما في ذلك الاتصال بعيد المدى وبنية اتصالات الشبكة المرنة.

لورا مقابل التقنيات اللاسلكية الأخرى

هناك بعض الاختلافات بين Lora وغيرها من تقنيات إنترنت الأشياء هناك مثل NB-Iot, SIGFOX و LTE-M. بعض من المهمين:

تعمل Lora في نطاقات ISM غير المرخصة بدلاً من استخدام الطيف المرخص مثل الشبكات الخلوية.

تستخدم Lora CSS فريدة من نوعها (طيف انتشار النرد) تقنية التعديل مقارنة بمخططات التعديل التي تستخدمها البروتوكولات الأخرى.

Lora لديها بروتوكولات أمنية أقل قوة من غيرها مثل NB-Iot.

لدى Lora قدرات مسافة طويلة أكثر قوة من غيرها مثل WiFi أو Bluetooth.

تستخدم Lora بشكل أساسي على المدى الطويل, تطبيقات الطاقة المنخفضة, مثل المراقبة البيئية والزراعة الذكية, في حين أن البروتوكولات الأخرى مثل LTE-M مناسبة بشكل أفضل لتطبيقات مثل Telematics وتطبيقات إنترنت الأشياء المتنقلة.

Lora Technology - يجب أن تعرف المفاهيم

عندما تبدأ لأول مرة في عالم لورا, يمكن أن يكون الأمر ساحقًا بعض الشيء لفهم التكنولوجيا. لمساعدتك في البدء, فيما يلي العديد من المفاهيم الرئيسية التي يجب أن تكون على دراية بها:

• • لورا (بعيد المدى): هذه هي الطبقة المادية أو التعديل اللاسلكي المستخدم لإنشاء رابط اتصال طويل المدى. يعتمد على تعديل طيف انتشار الغرد.
  • LoRaWAN (شبكة منطقة لورا واسعة): بروتوكول مفتوح مبني على قمة Lora يحدد بروتوكول الهندسة المعمارية والاتصال للأجهزة باستخدام Lora.
  • لوروان من الفئة أ, ب, ج: فئات تشغيل أجهزة مختلفة في لوروان:
    • فئة أ: الفئة الأكثر كفاءة في الطاقة حيث تستمع الأجهزة فقط لرسائل الوصلة الهابطة لفترة وجيزة بعد إرسال ناقل حركة وصعود.
    • الصف ب: يسمح بفتحات الوصلة الهابطة المجدولة من خلال منارات متزامنة الوقت, تقديم توازن بين كفاءة الطاقة والكمون.
    • فئة ج: يستمع باستمرار لرسائل الوصلة الهابطة إلا عند الإرسال, توفير أدنى زمن استجابة ولكن أعلى استهلاك للطاقة.
  • LPWAN (شبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة): نوع من شبكة الاتصالات اللاسلكية مصممة للسماح بالاتصالات بعيدة المدى بمعدل بتات منخفضة بين أشياء مثل أجهزة الاستشعار التي يتم تشغيلها على البطارية.
  • ADR (معدل البيانات التكيفية): ميزة في لوروان تعمل على تحسين معدلات البيانات, وقت البث, واستهلاك الطاقة في الشبكة.
  • ISM (صناعي, علمي, والطبية): هذه نطاقات إذاعية مخصصة دوليًا لاستخدام طاقة التردد الراديوي للصناعة, علمي, والأغراض الطبية.
  • TTN (شبكة الأشياء): عالمي, يفتح, شبكة بيانات إنترنت الأشياء الجماعية التي تستخدم لوروان.
  • ABP (التنشيط عن طريق التخصيص): طريقة تنشيط جهاز Lorawan حيث يتم ترميز مفاتيح الأمان مباشرة في الجهاز.
  • SF (عامل الانتشار): معلمة في لورا التي تحدد معدل الغرد, الذي يؤثر على معدل البيانات ونطاق الاتصال.

  ما هو تحالف لورا?

  كما هو الحال مع العديد من الأنظمة الأخرى, تم إنشاء هيئة صناعية لتطوير ثم الترويج لنظام LoRa اللاسلكي عبر الصناعة يسمى تحالف لورا. تم إطلاقه في فبراير 2015. كما يذكر التحالف, تم إعداده لتوفير معيار عالمي مفتوح للأمان, اتصال IoT LPWAN بمستوى الناقل.

  على الرغم من أن LoRa قد تم تطويره بشكل أساسي بواسطة Semtech, أتاح فتح المعيار اعتماده من قبل عدد كبير من الشركات, وبالتالي ينمو النظام البيئي ويكسب مشاركة أكبر بكثير, مجموعة أوسع من المنتجات وزيادة شاملة في الاستخدام والقبول.

  الأعضاء المؤسسون لتحالف لورا يشملون Actility, سيسكو, Eolane, آي بي إم, كيرلينك, IMST, MultiTech, Sagemcom, Semtech, وتكنولوجيا الرقائق, وكذلك شركات الاتصالات الرائدة: Bouygues Telecom, KPN, SingTel, بروكسيموس, سويس كوم, و FastNet (جزء من شركة Telkom في جنوب إفريقيا).

  الشروع في استخدام تقنية LoRa

  في الأساس, يمكن للجميع إعداد نظام اتصالات لورا الخاص بهم. نظرًا لأن لورا تعمل في نطاق التردد غير المرخص, لا توجد تكاليف ترخيص ضرورية للترددات. إذا كنت تبحث عن تغطية منطقة محدودة مع لوروان, من المنطقي تمامًا تشغيل البوابات والخوادم الخاصة بك. تريد بناء خاصتك حلول لوراوان? إنه أسهل مما قد تعتقد! يمكنك البدء بأجهزة وحلول Mokosmart المتنوعة.

  اقرأ المزيد عن لورا

  • ما هي الاختلافات بين LoRa وLoRaWAN
  • كيف يقوم مستشعر LoRa بإرسال واستقبال البيانات
  • ما هي وحدة لورا & كيف تعمل أجهزة إنترنت الأشياء