LoRa هو معيار راديو مفتوح لشبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة (LPWAN) لكميات صغيرة فقط من البيانات. لذلك فهي مناسبة لمسافات طويلة.
أما بالنسبة لل LoRaWAN, إنه اسم شبكة راديو تعتمد على LoRa. LoRa ويستخدم نطاقات التردد من نطاقات ISM الخالية من الترخيص. هذا يعني أن LoRaWAN يمكن أن تكون بديلاً أو مكملاً لشبكة الهاتف المحمول التقليدية مع مشغل شبكة مركزي. ما هو أكثر, يشار إلى LoRaWAN أيضًا باسم شبكة 0G لتمييزها عن اتصالات الهاتف المحمول التقليدية.
نظرًا لأن LoRa هو معيار راديو مفتوح, يمكن لأي شخص إعداد LoRaWAN كشبكة IoT أو M2M مع اتصال ثنائي الاتجاه أو استخدام حل قائم على المجتمع.
ملحوظة: يختلف LoRaWAN الأمريكي عن LoRaWAN الأوروبي. هذا له تأثير على معدل النقل وبالتالي أيضًا على استهلاك الطاقة.
صفات
• اتصال: موجه الإرسال, ثنائي الاتجاه, وضع الاعتراف ممكن
• التحوير: غرد انتشار الطيف و FSK
• هندسة الشبكات: تتصل الأجهزة الطرفية بالبوابات, التي تنقل حزم البيانات إلى الخادم. يحتوي الخادم على واجهات للاتصال بمنصات وتطبيقات إنترنت الأشياء.
• نطاقات التردد: 868 ميغاهيرتز (863–870 ميغا هيرتز, مقسمة إلى عدة نطاقات فرعية) في أوروبا و 915 ميغاهيرتز في الولايات المتحدة. فترة استخدام القناة محدودة باللوائح في العديد من البلدان (دورة العمل).
• نطاق: حسب التضاريس, يصل إلى 2 كم في المناطق الحضرية وما يصل إلى 15 كم في المناطق الريفية. يتم تحقيق اختراق جيد للمباني.
• استهلاك الطاقة: ما بين 10 أماه و 100 غير متوفر في وضع السكون. حسب التطبيق, عمر البطارية 2 إلى 15 سنوات.
• عرض النطاق الترددي لقناة الراديو: 125 كيلو هرتز
• الحساسية: -137 ديسيبل
• انتقال السلطة: +20 ديسيبل أو كحد أقصى 25 ميغاواط
• حزم البيانات: أنا: ماكس. 51 بايت / الولايات المتحدة الأمريكية: ماكس. 11 بايت من بيانات المستخدم لكل حزمة
• معدل نقل: ما بين 250 قليلا / رمل 50 كيلوبايت / س
تكنولوجيا النقل
لتحقيق كفاءة عالية في نقل البيانات واستهلاك الطاقة, يستخدم LoRaWAN انتشار التردد. إنه يسمح بتجنب التداخل إلى حد كبير وتجنب التداخل الضيق.
طريقة الإرسال تسمى “طيف انتشار النرد”. ويتم نقل الإشارة كنوع من النقيق. ثم, النبض النقيق ينتشر على نطاق تردد واسع. يمكن استخدام النطاق الترددي اختياريًا لمعدل بيانات مرتفع أو إرسال قوي. يحدد عامل الانتشار وعرض النطاق الترددي مدى ارتفاع معدل البيانات ومدى ارتفاع احتمال الاستقبال.
لا تتداخل الإشارات المشكلة بعوامل انتشار مختلفة وترسل عبر نفس قناة التردد مع بعضها البعض. يتيح تعامد عوامل الانتشار الإرسال المتزامن للعديد من الأجهزة الطرفية على نفس القناة.
إشارات LoRa قوية جدًا ضد التداخل داخل النطاق وخارجه. يضمن عدم حساسيتهم تجاه الاستقبال متعدد المسارات أو الخبو مدى بعيد في المناطق الحضرية.
هندسة شبكة LoRaWAN
تتكون بنية شبكة LoRaWAN من العديد من الأجهزة الطرفية في شكل أجهزة استشعار ومشغلات, عدة بوابات وخادم شبكة مركزي. يتصل الجهاز الطرفي بالبوابة. البوابة تتصل بخادم الشبكة. ثم يتصل خادم الشبكة عبر بروتوكولات مختلفة (على سبيل المثال. راحة, MQTT, إلخ) مع تطبيق يتم تشغيله, فمثلا, كتطبيق في السحابة.
في LoRaWAN, البوابات هي أجهزة استقبال إشارات الراديو في 868 ميغاهيرتز. هنا تستقبل رقائق LoRa إشارات الزقزقة. أما بالنسبة للبوابات, من ناحية أخرى, اتصل بالإنترنت.
تشكل بوابات LoRaWAN بشكل مثالي شبكة متماسكة ويمكن توزيعها في جميع أنحاء العالم.
يمكن استلام الرسالة عن طريق بوابة واحدة أو أكثر. تقوم البوابات بإعادة توجيهها إلى خادم الشبكة دون مزيد من التدخل.
في LoRaWAN, خوادم الشبكة مسؤولة عن تحديد المرسل وإعادة توجيه الحزمة إلى خادم التطبيق.
يضمن خادم الشبكة, ضمن أشياء أخرى, أن الرسالة تصل مرة واحدة فقط إلى خادم التطبيق, بغض النظر عن عدد البوابات التي استقبلتها.
شبكة خاصة أو مجتمعية
في الأساس يمكن للجميع تشغيل LoRaWAN الخاصة بهم. نظرًا لأن LoRa يعمل في نطاق التردد غير المخصص, لا توجد تكاليف ترخيص ضرورية للترددات.
إذا كان عليك فقط إعداد LoRaWAN في منطقة محدودة, يمكن أن يكون تشغيل البوابات والخوادم الخاصة بك منطقيًا.
ومع ذلك, إذا كنت تعتمد على شبكة راديو واسعة النطاق, يمكنك أيضا الاتصال موكوسمارت, نحن نقوم بتشغيل بوابتنا الخاصة فقط, الذي يتحدث إلى الخوادم عبر الإنترنت. فيما يتعلق بالأمن, ما عليك سوى الوثوق بخادم الشبكة لتسليم حزم البيانات المستلمة وخادم التطبيق, والتي يمكنها فك تشفير المحتوى.
نطاق
LoRa لديه حساسية عالية من -137 ديسيبل, مما يزيد من توفر الشبكة. تخترق الإشارات جدران المبنى دون أي مشاكل ويمكن أن تصل أيضًا إلى الأقبية أو ما يسمى بالمواقع الداخلية العميقة.
المسافة بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال تقريبية 3 كم (مدينة), تقريبا. 6 كم (الضواحي) وما يصل إلى 13 كم (المناطق الريفية) حسب المناطق المحيطة والمباني.
تعتمد المسافة بين مرسل LoRa وجهاز الاستقبال على عامل التمديد, عرض النطاق الترددي, قوة الإرسال المختارة لشريحة LoRa والهوائي المستخدم.
معدل نقل
لزيادة عمر البطارية إلى أقصى حد والتحكم في سعة الشبكة الإجمالية (مقيدة بالمتطلبات التنظيمية), تتحكم LoRa في معدل البيانات وإخراج التردد اللاسلكي بشكل فردي باستخدام معدل البيانات التكيفي (ADR) لكل جهاز طرفي.
يحدث الاتصال بين المطراف والبوابة على قنوات تردد مختلفة بمعدلات بيانات مختلفة. نطاق البيانات 0. 3 إلى 50 كيلوبت / ثانية. حجم العبوة الفعلي هو 64 بايت. 13 البايت مطلوبة للرأس. هذه الأوراق 51 بايت لبيانات المستخدم.
ملحوظة: في الولايات المتحدة الأمريكية, وقت القناة محدد في 400 مللي ثانية. هذا يعني أن فقط كحد أقصى 11 يمكن إرسال بايت من بيانات المستخدم لكل حزمة.
SF12 (عامل الانتشار) في 125 كيلو هرتز (عرض النطاق) يحقق فقط 250 قليلا / س (معدل البيانات). من المرجح جدًا أن يدرك المستقبِل نبضة الزقزقة لأنه من السهل نسبيًا تمييز الإشارات عن الضوضاء.
أسرع تركيبة محددة هي SF7 في 250 عرض النطاق الترددي كيلو هرتز. هذا يؤدي إلى 11,000 بت في الثانية.
استهلاك الطاقة
تتيح عملية تعديل LoRa قدرة إرسال مثالية بأقل استهلاك ممكن للطاقة بواسطة جهاز الإرسال. يتيح استهلاك الطاقة المنخفض عمر بطارية يصل إلى 15 سنوات.
يعمل هذا على تبسيط المعالجة وهو غير مكلف نظرًا لعدم الحاجة إلى مصدر طاقة منفصل.
فئات الأجهزة
يفرق LoRa بين فئات الأجهزة المختلفة, حيث تعتبر الفئة A فقط مثيرة للاهتمام للتطبيقات في إنترنت الأشياء. والجهاز النهائي في حالة توفير طاقة البطارية ولا يرسل إلا لفترة وجيزة عندما تتغير الحالة. لا يمكن إرسال شيء ما إلى المحطة إلا خلال هذا الوقت.
جنبا إلى جنب مع وحدة الراديو, هذه الأجهزة الطرفية غير مكلفة للغاية بسبب بساطتها وهي مناسبة أيضًا لتغطية الطلب المرتفع.
إذا كان من الممكن أيضًا معالجة الأجهزة خارج هذه الفترة, يجب تحديد فئة الجهاز B أو C بالفعل, مما يزيد بشكل كبير من استهلاك الطاقة و, حسب الشبكة, غير مدعوم على الإطلاق.
التطبيقات
تم تصميم LoRa بشكل أساسي لتطبيقات المستشعرات الساكنة. تشمل التطبيقات النموذجية التسجيل, الاستعلام عن معلومات الحالة وتبادلها. مع أجهزة استشعار موجودة في أي مكان, يمكن تحديد المعلومات أو الحصول عليها, والتي يمكن دمجها بسهولة في أحد التطبيقات.
1. المنزل الذكي
2. مدينة ذكية
3. مصنع سمارت
4. الزراعة الذكية
5. النقل الذكي
