إذا كنت تعمل مع أجهزة متصلة بالشبكة, ربما تكون قد سمعت عن حالات استخدام LoRaWAN في وقت أو آخر. إنه بروتوكول شبكة بعيد المدى. إنها تمكن من ربط الأشياء بالإنترنت حتى على مدى أطول مع استهلاك منخفض للطاقة. وهذا يحل إحدى المشكلات الكبيرة التي واجهتها التطبيقات داخل إنترنت الأشياء حتى الآن. مع عمر بطارية يصل إلى عدة سنوات وتكاليف صيانة منخفضة لشبكة الاستشعار, يمكن استخدام LoRaWAN لمجموعة واسعة من التطبيقات الجديدة.
يمنحك هذا المنشور نظرة عامة موجزة عما يمكن أن تفعله حلول LoRaWAN. في هذه المقالة, نحن ننظر إلى هندسته المعمارية, الملامح الرئيسية للتكنولوجيا الأساسية, وأحدث حالات استخدام LoRaWAN حيث يتم استخدامها.
ما هي تقنية لوراوان?
الشيء العظيم عنه تقنية LoRaWAN هو أنه يعتمد على معيار مفتوح. يستخدم طيفًا غير مرخص كجزء من نطاق تردد ISM (“صناعي, علمي, والطبية”, ألمانية: صناعة, العلوم والطب). في أوروبا, يستخدم LoRaWAN في 868 نطاق التردد MHz, بينما في الولايات المتحدة الأمريكية 915 يتم تحرير نطاق التردد MHz. باستخدام الطيف غير المرخص, من السهل جدًا إعداد شبكتك الخاصة واستخدامها. يستفيد العديد من مشغلي الاتصالات بالفعل من حالات استخدام LoRaWAN أو يقدمون التكنولوجيا كجزء من عرض خدمتهم في العديد من البلدان حول العالم. كومكاست, KPN, البرتقالي, تقوم شركة SK Telecom والعديد من المزودين الآخرين بتنفيذ عمليات إطلاق على نطاق واسع في أسواقهم بنشاط. هذا يجعل LoRaWAN أكثر إثارة للاهتمام كتقنية لأنها متوافقة مع شبكات المشغلين المختلفين – الكبيرة والصغيرة.
تتم مراقبة معيار LoRaWAN بواسطة تحالف LoRa, والذي بدوره يتكون من أكثر 500 الأعضاء الذين يدعمون البروتوكول ومواءمة العديد من مكوناتها, منتجات, والخدمات مع LoRaWAN. وتشمل هذه شركات مثل MOKO SMART, ذراع, سيسكو, رقاقة, و ST.
تتكون بنية LoRaWAN بشكل أساسي من أربعة عناصر:
1. عقد النهاية
العقد الطرفية هي أجهزة مادية مزودة بوظائف الاستشعار, قدر معين من قوة الحوسبة ووحدة راديو لترجمة البيانات إلى إشارة راديو. يمكن لهذه الأجهزة الطرفية نقل البيانات إلى البوابة واستلامها أيضًا. حتى مع وجود بطارية صغيرة, يمكن أن تستمر لعدة سنوات إذا تم وضعها في وضع السكون العميق لتحسين استهلاك الطاقة.
عندما يرسل الجهاز رسالة إلى البوابة, هذا هو المعروف باسم “الإرسال”. يتم استدعاء الإجابة التي يتلقاها الجهاز من البوابة “الهابطة”. على هذا الأساس, يتم التمييز بين ثلاثة أنواع من الأجهزة الطرفية:
- فئة أ: تتمتع أجهزة الفئة A بأقل استهلاك للطاقة مقارنة بالفئتين الأخريين. ومع ذلك, لا يمكن أن تتلقى هذه الوصلة الهابطة إلا إذا أرسلوا ارتباطًا صاعدًا. تعد أجهزة الفئة A مناسبة لنقل البيانات على فترات زمنية (على سبيل المثال. كل 15 الدقائق) أو للأجهزة التي ترسل بيانات بناءً على الأحداث (على سبيل المثال. إذا ارتفعت درجة الحرارة فوق 21 درجات أو ينخفض أدناه 19 درجات).
- الصف ب: تسمح العقد الطرفية من الفئة B بمزيد من فتحات الرسائل للوصلات الهابطة مقارنة بالفئة A. هذا يقلل من وقت استجابة الرسائل ولكنه أيضًا أقل كفاءة في استخدام الطاقة.
- فئة ج: أخيرا, تحتوي الفئة C على نافذة استقبال مستمرة يتم إغلاقها فقط عندما يرسل الجهاز رسالة ارتباط صاعد. وبالتالي, هذا هو البديل الأقل كفاءة في استخدام الطاقة, والتي تتطلب غالبًا مصدر تيار مستمر للعمل.
2. بوابات
تُعرف البوابات أيضًا باسم أجهزة المودم أو نقاط الوصول. البوابة هي أيضًا جهاز يتلقى جميع رسائل LoRaWAN من الأجهزة الطرفية. يتم تحويل هذه الرسائل بعد ذلك إلى مجموعة من البتات التي يمكن إرسالها عبر شبكات IP التقليدية. ترتبط البوابة بخادم الشبكة الذي ينقل جميع الرسائل.
البوابات شفافة ولها قدرة حوسبة محدودة. يتم تنفيذ مهام أكثر تعقيدًا في خادم الشبكة.
3. خادم الشبكة
يتم إعادة توجيه جميع الرسائل من البوابات إلى خادم الشبكة. هذا هو المكان الذي تتم فيه عمليات معالجة البيانات الأكثر تعقيدًا. خادم الشبكة مسؤول عن:
- توجيه / إعادة توجيه الرسائل إلى التطبيق الصحيح;
- اختيار أفضل بوابة لرسائل الوصلة الهابطة. يتم اتخاذ هذا القرار عادة على أساس مؤشر جودة الارتباط, والذي بدوره يتم حسابه عبر مؤشر RSSI (تم استلام مؤشر قوة الإشارة) و SNR (إشارة إلى نسبة الضوضاء) من الحزم التي تم استلامها مسبقًا;
- إزالة الرسائل المكررة عند استلامها من خلال عدة بوابات;
- فك تشفير الرسائل المرسلة من عقد النهاية وتشفير الرسائل المرسلة مرة أخرى إلى العقد;
- عادة ما تتصل البوابات بخادم الشبكة على بروتوكول الإنترنت المشفر (IP) حلقة الوصل. تتضمن الشبكة عادةً تشغيل البوابة وواجهة مراقبة تمكن مزود الشبكة من إدارة البوابات, علاج العيوب, مراقبة الإنذارات, إلخ. …
4. خادم التطبيق
خادم التطبيق هو المكان الذي يوجد فيه تطبيق إنترنت الأشياء – هذا مفيد بشكل خاص للبيانات التي تم التقاطها باستخدام الأجهزة الطرفية. في معظم الحالات, تعمل خوادم التطبيقات عبر سحابة خاصة أو عامة, وهو متصل بخادم شبكة LoRaWAN ويتولى معالجة التطبيقات الخاصة. يتم التحكم في الواجهة مع خادم التطبيق بواسطة خادم الشبكة.
ما يميز LoRa عن LoRaWAN
لنبدأ بتعريف LoRa – ما هو بالضبط وكيف يختلف عن LoRaWAN? LoRa هي تقنية لاسلكية تشبه التقنيات الأكثر شيوعًا مثل Wi-Fi, بلوتوث, LTE, أو زيجبي. غالبًا ما لا تغطي تقنية واحدة جميع المتطلبات, مما يعني أنه يتعين على المستخدمين قبول التنازلات. LoRa يلبي الطلب على التكلفة المنخفضة, الأجهزة التي تعمل بالبطاريات والتي يمكنها نقل البيانات عبر نطاقات طويلة. ومع ذلك, LoRa ليس الحل الصحيح لنقل البيانات عبر عرض نطاق ترددي كبير.
LoRa هي تقنية تقوم بتحويل البيانات إلى موجات كهرومغناطيسية. تُعرف هذه التقنية أيضًا باسم طيف الانتشار النقيق, لقد تم استخدامه في الاتصالات العسكرية والفضائية لعقود. ويرجع ذلك إلى نطاق الاتصال الطويل وانخفاض قابلية التداخل.
LoRaWAN, من ناحية أخرى, هو بروتوكول MAC لشبكة عقد LoRa عالية الأداء القائمة على إنترنت الأشياء, التي تغطي نطاقات طويلة ولها متطلبات منخفضة من الطاقة. يستخدم مزايا LoRa الموضحة أعلاه ويحسن عمر البطارية وجودة الخدمة لعقد LoRa. البروتوكول ثنائي الاتجاه تمامًا, مما يضمن نقل الرسائل بشكل موثوق (التأكيد). يتم توفير التشفير من طرف إلى طرف لأغراض الأمان وحماية البيانات, التسجيل عبر الأثير للتعليقات الختامية ووظائف البث المتعدد. يضمن المعيار أيضًا التوافق مع شبكات LoRaWAN حول العالم.
شائع 16 حالات استخدام LoRaWAN في السوق
في هذا القسم, سوف نقدم 16 من حالات استخدام LoRaWAN الأكثر شيوعًا في السوق. دعونا نقسمهم:
1. تتبع الأصول
تحتاج العديد من الصناعات إلى تتبع موقع وحالة المعدات القيمة لتحسين التخطيط والعمليات. بتتبع LoRaWAN وأجهزة استشعار مختلفة تقيس موقع الأصول, حمل, درجة الحرارة والرطوبة, الاهتزاز والبيانات الأخرى والجمع بين البيانات في الوقت الفعلي والبيانات التاريخية للتوصية بالصيانة قبل حدوث المشكلات. مع الوصول إلى بيانات أداء الأصول, يمكنك تحسين جدول الإنتاج الخاص بك بينما يتم إخطارك أيضًا عند سرقة أحد الأصول أو تجاوز النطاق المقصود.
2. مراقبة سلسلة التبريد
LoRaWAN مثالية لتطبيقات سلسلة التبريد في قطاعات الأغذية الطازجة والرعاية الصحية. استخدام حل سلسلة التبريد LoRaWAN, يمكنك تتبع حالة درجة الحرارة والرطوبة للمنتج وإبلاغ النظام بالبيانات إذا كانت غير طبيعية, منع المنتج من فقدان الميزات أو حتى الانهيار.
3. مراقبة درجة حرارة التربة والرطوبة
للزراعة والمناظر الطبيعية, الري المناسب هو مفتاح تحسين المحاصيل. تتطلب التربة في مناطق مختلفة كميات مختلفة من المياه, ويمكن استخدام كاشف درجة الحرارة والرطوبة LoRaWAN لاتخاذ قرارات أكثر استنارة بناءً على درجة حرارة التربة والرطوبة المقاسة, زيادة الإنتاج وتقليل هدر المياه.
4. الخدمات اللوجستية والنقل
تتيح تقنية LoRaWAN لسلسلة التوريد والمؤسسات اللوجيستية تتبع الأصول التي يجب نقلها عبر مسافات طويلة في الوقت الفعلي. يمكن مراقبة المركبات والبضائع بسهولة في الوقت الفعلي عبر مناطق جغرافية كبيرة وبيئات قاسية بسبب المسافة الطويلة للتكنولوجيا وخصائص استهلاك الطاقة المنخفض, بالإضافة إلى تحديد الموقع الجغرافي الخالي من GPS. يمكن لنظام تتبع الأسطول المتصل بشبكة LoRaWAN أن يبقي الأساطيل في الميدان لفترة أطول, وبالتالي تقليل التكاليف, تحسين السلامة, توفير الرؤية في قضايا الصيانة, وتحسين الكفاءة التشغيلية في جميع المجالات.
5. كشف التسريب
عندما تكون موارد الأرض, مثل الماء, غاز, أو المواد الكيميائية, هناك نقص في المعروض, مفتاح حل هذه المعضلة هو تجنب تسرب الموارد قدر الإمكان. سيتم مراقبة المياه داخل وخارج المنشآت الصناعية بواسطة أجهزة استشعار تسرب المياه LoRaWAN وأجهزة استشعار غمر المياه. سيقوم النظام بتنبيه مدير المنشأة لإجراء استجابات وحلول سريعة عند حدوث فشل أو اكتشاف حالة شاذة.
6. مراقبة المواقف
لقد ثبت أن إيجاد أماكن وقوف السيارات المتاحة يزيد من انبعاثات الكربون والازدحام المروري. عن طريق النشر أجهزة استشعار وقوف السيارات LoRaWAN في أماكن وقوف السيارات, يمكن توفير إحصائيات دقيقة للمركبة والكشف عنها عند مداخل ومخارج مواقف السيارات. سيتم زيادة تدفقات الإيرادات البلدية والتجارية من خلال التقاط بيانات مواقف السيارات في الوقت الفعلي لتحسين الاستخدام العام لأماكن وقوف السيارات.
7. إدارة الآفات
من الضروري حماية المرافق والأشخاص من التلوث, تلف, والقوارض. ومع ذلك, يستغرق الفحص اليدوي وقتًا طويلاً ويستهلك كميات من الموارد المادية والقوى العاملة. يعمل حل إدارة الآفات المتصلة القائم على LoRaWAN على تحسين الرؤية ويسمح بالمراقبة في الوقت الفعلي من أي مكان. ضد للماء, توفر المصائد الوعرة خيارًا آمنًا لمبيدات القوارض. تطبيق جوال بسيط وإقران ويب, تنبيهات في الوقت الفعلي عند الحاجة إلى الخدمة, تحسين الكفاءة وتقليل تكاليف برامج مكافحة القوارض الخارجية والداخلية.
8. المراقبة البيئية
تعاني العديد من المدن الساحلية من فيضانات مطولة أثناء المد المعتدل إلى المرتفع تميل إلى ترك الطرق والطرق القريبة في مياه غير سالكة. يمكن حل هذه المشكلات من خلال مراقبة جودة الهواء, هطول الأمطار والعوامل البيئية الأخرى. وحدات الطاقة الشمسية المقاومة للعوامل الجوية المثبتة على قمة الجسور وأعمدة الإنارة تقيس عن بعد مستويات المياه على الأرض أو فوق المسطحات المائية باستخدام تقنية LoRaWAN وأجهزة الاستشعار فوق الصوتية. تقيس أنظمة المراقبة البيئية في الوقت الفعلي مستويات الطقس المحلية ونوعية الهواء للتنبؤ بالفيضانات وإبلاغ المواطنين بالظروف الخطرة.
9. السلامة العامة
تتطلب جميع الصناعات تقريبًا حلولاً متكاملة للأمن والسلامة. توفر حلول السلامة العامة لإنترنت الأشياء المستجيبين للطوارئ و أزرار الذعر بتقنيات مبتكرة تساعد على تقليل المخاطر وتحسين السلامة الشخصية. يتم دمج تقنية LoRaWAN في الأجهزة الشخصية القابلة للارتداء مثل الشارات الذكية وتزويدها بزر الطوارئ لإرسال SOS الفوري ومعلومات موقع المستخدم. هذه الحلول, نشرها على المؤسسة والجامعة الحرم الجامعي, مصممة لمعالجة الفاصل الزمني للهجوم 1 ثانية و 7 ثوان 911 الفاصل الزمني للمكالمات للحلول القائمة على الهاتف المحمول.
10. استغلال المساحة
أصبح الموظفون متنقلين بشكل متزايد ويتحولون بسرعة إلى "في أي وقت"., "في أي مكان" فلسفة العمل. كنتيجة ل, يمكن أن تكون مساحة المكتب خاملة أو مكتظة, اعتمادًا على تدفقات الموظفين والزائرين التي لا يمكن التنبؤ بها. أصبح الاستفادة القصوى من المساحة تحديًا لوجستيًا للشركات. تم الحصول على بيانات الإشغال من أجهزة استشعار LoRaWAN PIR يزيل التخمين ويزود الفرق بذكاء قابل للتنفيذ لتعزيز ممارسات مكان العمل وزيادة إنتاجية الموظفين.
11. مراقبة مصيدة البخار
يستخدم البخار على نطاق واسع في مختلف الصناعات. تعمل عمليات التسخين بالبخار في المصانع على تشغيل التوربينات في محطات توليد الطاقة. تقوم مصيدة البخار بتصفية الغازات غير المكثفة والبخار المكثف دون السماح للبخار بالخروج. تفشل مصائد البخار في المتوسط 10 إلى 30 في المئة سنويا, مما يؤدي إلى عدم كفاءة مُهدر ومُكلف. يعد اختبار مصيدة البخار عملية كثيفة العمالة وعادة ما يتم إجراؤها يدويًا مرة واحدة في السنة. يسمح نظام مراقبة LoRaWAN Trap للشركات بالاستعلام بشكل متكرر عن عدد المصائد لاكتشاف الأخطاء. يتم نقل البيانات بشكل آمن إلى نظام إدارة المباني عبر الإنترنت, تقديم تقارير لوحة أجهزة القياس توضح ما إذا كانت هناك مصائد بحاجة إلى الإصلاح.
12. مراقبة الخزان
يعد وجود نظام موثوق به لمراقبة مستويات الوقود أمرًا ضروريًا. تعد شركات توصيل الوقود من الشركاء الرئيسيين في عمليات سلسلة التوريد الصناعية الذكية حيث يمكن أن يكون استنفاد الوقود ضارًا. بدون وسائل لقياس مستويات الوقود عن بعد, غالبًا ما تكون عمليات تسليم الشاحنات غير فعالة, زيادة تكاليف التشغيل وتعقيد تقديم خدمة العملاء. يمكن إرسال مستوى الخزان والبيانات القيمة الأخرى عبر الشبكة إلى حل مراقبة الخزان الذي تستخدمه شركة التوريد. علاوة على ذلك, يمكن للعمليات الصناعية أن تتنبأ بدقة باستخدام الوقود. في هذا الطريق, يمكن تقليل لفات الشاحنات وانبعاثات الكربون الخاصة بها.
13. مراقبة درجة الحرارة
يعد الحفاظ على درجة الحرارة المناسبة للأصول القيمة أمرًا مهمًا للرعاية الصحية, خدمة الطعام, وغيرها من الصناعات. يمكن أن تؤدي التغيرات في درجات الحرارة إلى خسارة فادحة في المنتج. بالإضافة إلى الأضرار التي لحقت بالموارد, يمكن أن تتسبب هذه الحوادث أيضًا في ظهور العلامة التجارية, سمعة, الصورة العامة وخسائر أخرى للشركات. مع أجهزة استشعار منخفضة الطاقة, توفر مراقبة درجة الحرارة والرطوبة LoRaWAN عن بعد للشركات القدرة على أخذ القراءات والسجلات التاريخية لعمليات تدقيق الامتثال. يتم توفير تدابير الأمان والحماية الفعالة من حيث التكلفة من خلال إعدادات عتبة متعددة.
14. إدارة الموارد المائية
مباني تجارية, مصانع تجهيز الأغذية والمشروبات, الفنادق, محلات السوبر ماركت, وينتج عن غسيل السيارات نفايات مائية بسبب الانسكابات, التسريبات, وتلف المعدات. يعد الإخطار الفوري والاستجابة مفتاحًا لتقليل مخاطر الامتثال مع تقليل التكاليف. من خلال نشر أنظمة قياس LoRaWAN لتحل محل العمليات القديمة كثيفة العمالة, حل إدارة المياه, تتكون من مستشعرات LoRaWAN, يزود البلديات بإجمالي البصمة المائية التفصيلية. تتيح حلول عدادات المياه الذكية الوصول عن بُعد إلى بيانات الاستخدام وحسابات الفواتير, تحسين الكفاءة التشغيلية وتوليد إيرادات خدمات إضافية.
15. مراقبة سلة المهملات
قام النظام تلقائيًا باستشعار ومراقبة المواقع, مستويات تعبئة بن, وترددات الاستخراج, تمكين مشغلي الأساطيل من إدارة حالة أوامر العمل في الوقت الفعلي, وتقليل تكاليف العمالة. تعمل حلول مراقبة النفايات المستندة إلى LoRaWAN على تقليل نفقات الجمع والوقت. توفر تنبيهات الإخطار التلقائية تخطيطًا ذكيًا للمسار لمقدمي خدمات التجميع عندما تصل الحاويات إلى حد محدد مسبقًا وتزيل الوصول غير الضروري وحاويات الفائض للمستخدمين النهائيين.
16. مراقبة منع التدفق العكسي
يحتاج جميع عملاء المياه الصناعية إلى مانعات التدفق العكسي في مداخل خدمة المياه, التي تمنع التلوث عن طريق السماح للمياه بالتدفق في اتجاه واحد بدلاً من الآخر. إن القدرة على الشعور بوجود تدفق عكسي من خلال جهاز مراقبة خط قائم على LoRaWAN وإرسال رسالة نصية قصيرة أو تنبيه بريد إلكتروني على الفور إلى مديري المرافق أمر مهم لصحة وسلامة العمال وأنظمة التصنيع.
فوائد تطبيق حالات استخدام LoRaWAN
في العديد من حالات استخدام LoRaWAN, البيانات و / أو عمليات نقل البيانات ليست ثابتة, لذا فإن النطاق الترددي المنخفض يجعلها مثالية لعمليات نشر إنترنت الأشياء العملية. دعونا نلقي نظرة على المزيد من فوائد LoRaWAN IoT:
- تحالف التكنولوجيا المفتوحة, معيار مفتوح وحر
- استهلاك طاقة منخفض للغاية, يمكن أن يصل عمر البطارية إلى عشر سنوات أو أكثر
- التوصيلات منخفضة التكلفة, سهل الإعداد وسريع النشر بسبب هيكلها البسيط
- تتيح طبقة تشفير AES للأشخاص استخدام LoRaWAN بأمان دون القلق بشأن مخاطر أمان الشبكة
- يعد نطاق الاتصال والتغطية عن بُعد الخاص بـ LoRaWAN أحد الاختلافات الكبيرة بينها وبين التقنيات الأخرى
- يمكن توصيل الآلاف من نقاط النهاية بواسطة بوابة LoRa, بسبب طبيعتها عالية السعة
سيناريوهات حالات استخدام LoRaWAN
وجدت LoRaWAN مكانها في السوق من حيث التطبيقات ومجالات التطبيق. من المتوقع أن يصل سوق LoRa وLoRaWAN إلى $183.9 مليار بواسطة 2033. بفضل خصائصه الفريدة, LoRaWAN هو الأنسب لسيناريوهات مثل هذه:
1. الحصول على الكهرباء (كهرباء) مقيد أو مقيد;
2. يصعب الوصول إلى المواقع فعليًا أو بعيدة جدًا;
3. عدد الأجهزة الطرفية أعلى بكثير مقارنة باتصالات الهاتف المحمول التقليدية;
4. لا يتعين على الأجهزة الطرفية إرسال الرسائل بشكل مستمر.
ما توفره حالات استخدام LoRaWAN MOKOSmart
تركز MOKOSmart على توفير حلول لوراوان مع أكثر من عشر سنوات من الخبرة. نحن نقدم أجهزة LoRaWAN المختلفة للمستودعات, الرعاىة الصحية, إدارة المرافق, حسن الضيافة, و اكثر. إذا كنت تفكر في بناء حل LoRaWAN, يمكنك إلقاء نظرة على مستشعرات LoRaWAN الخاصة بنا, بتتبع, والبوابات. فقط اتصل بنا لمزيد من المعلومات.
