نظرًا لأن عالمنا أصبح مغطى بالأجهزة وأجهزة الاستشعار المتصلة, أحد التحديات المستمرة يخنق عمليات التنفيذ – اتصال لاسلكي موثوق به على مساحات واسعة. بينما تعمل تقنيات مثل WiFi وBluetooth على تعزيز المنازل الذكية, وتحد نطاقاتها من عمليات النشر عبر البنى التحتية المترامية الأطراف, المزارع أو الخدمات اللوجستية الموزعة. أدخل المدى الطويل (لورا) لاسلكي – تقنية مبتكرة تسمح للأجهزة الصغيرة التي تعمل بالبطاريات بإرسال البيانات عبر الأميال إلى بوابات واسعة الانتشار متصلة بالسحابة. يتم تمكين ذلك بواسطة وحدات LoRa, مكونات الأجهزة بحجم الطوابع التي تحتوي على أجهزة الإرسال والاستقبال, الهوائي ووحدة التحكم الدقيقة اللازمة لاتصالات LoRa. دعونا نبدأ في كشف هذه الأعجوبة اللاسلكية وهي تقنية وحدة LoRa!
ما هو لورا مدولة
تحتوي وحدة LoRa على شريحة إرسال واستقبال LoRa ووحدة تحكم دقيقة, مما يمنحها جميع العناصر اللازمة للاتصال بعيد المدى. إنه بمثابة لبنة أساسية لتوصيل أجهزة الاستشعار, المحركات وجميع أنواع أجهزة IoT edge من خلال شبكة قائمة على LoRa. تسمح وحدات LoRa للأجهزة بالاتصال بشبكة LoRaWAN لإرسال واستقبال البيانات عبر مسافات طويلة.
تتوفر وحدات LoRa كمكونات مستقلة جاهزة أو مدمجة في لوحات التطوير وأجهزة الاستشعار. تتضمن الواجهات الشائعة UART, SPI وI2C للاتصال بوحدات التحكم الدقيقة الخارجية. أو أجهزة الاستشعار على متن الطائرة. مع اكتساب LoRaWAN شعبية لتطبيقات LPWAN, لقد نما النظام البيئي لوحدات LoRa ذات الأسعار المعقولة بشكل كبير.
كيف تعمل وحدة LoRa
تتيح وحدات LoRa إمكانية الاتصال اللاسلكي لعدة أميال باستخدام نهج تعديل الطيف المنتشر الحاصل على براءة اختراع والذي طورته شركة Semtech ويسمى LoRa. ويستخدم شكلاً من أشكال تعديل الطيف المنتشر المعروف باسم Chirp Spread Spectrum (CSS) الذي يزيد تردده أو ينقص مع مرور الوقت عبر عرض النطاق الترددي للقناة. وهذا يسمح باستعادة الإشارة تحت مستوى الضوضاء مما يوفر نطاق اتصال طويل بمرونة. يقوم تعديل LoRa باستبدال معدل البيانات الخام من أجل الحساسية, مناعة التدخل والمدى.
بعبارات بسيطة, تأخذ وحدات LoRa بيانات الإدخال, تشفيرها من خلال التعديل المعقد, وإرسال إشارة راديو يمكنها السفر لأميال عند مستويات طاقة منخفضة. تتم إزالة تشكيل هذه الإشارة بواسطة أجهزة بوابة LoRa المتصلة بالإنترنت عبر الهاتف الخلوي, الأقمار الصناعية, واي فاي أو إيثرنت. تقوم البوابات بعد ذلك بإرسال البيانات إلى خادم شبكة مركزي للمعالجة والتحليل. يحدث الاتصال بطرق ثنائية الاتجاه – تقوم الأجهزة الطرفية بإرسال بيانات الوصلة الصاعدة إلى الخادم عند الحاجة. يمكن للخوادم أيضًا دفع رسائل الوصلة الهابطة إلى العقد النهائية عبر البوابات.
شعبية أتطبيقات لورا مالرائحة
عمر البطارية الطويل, يعد نطاق ومتانة شبكات LoRa مثاليًا لتوصيل أجهزة الاستشعار ذات النطاق الترددي المنخفض والسماح لها بربط القياسات الدورية لسنوات دون شحن. بالتالي, تشهد وحدات LoRa اعتماداً عاليًا عبر العديد من تطبيقات إنترنت الأشياء الصناعية بما في ذلك:
الزراعة الذكية
تتيح وحدات LoRa إمكانية تتبع المناخات المحلية عبر المحاصيل عبر أجهزة استشعار التربة, مما يسمح بالري الدقيق والمعالجة الكيميائية التي تتناسب مع الظروف في كل منطقة من المزرعة. يمكن لمتتبعي الموقع أيضًا متابعة استخدام الأصول بينما تقوم أجهزة استشعار معدات الري بمراقبة التسربات أو الأعطال.
المدن الذكية
تقوم وحدات LoRa بتوصيل البنية التحتية للمدينة للمراقبة والتحكم عن بعد. وتشمل التطبيقات قراءة الماء, عدادات الغاز والكهرباء, مراقبة إنارة الشوارع وتدفق حركة المرور, تتبع مركبات النقل العام, حالة سلة المهملات في الوقت الحقيقي, أجهزة كشف التسرب عبر أنظمة توزيع المياه وما إلى ذلك.
المراقبة الصناعية
تستفيد المصانع من LoRa لمراقبة الأصول، على سبيل المثال، حالة التتبع وموضع المنصات أو الحاويات, مراقبة درجة حرارة المواد القابلة للتلف, كشف التسريب, إلخ. تستخدم مواقع التعدين أيضًا شبكات LoRa لمراقبة التهوية, تتبع المركبات الخ.
المراقبة البيئية
تنشر الحكومات شبكات LoRa المزودة بأجهزة استشعار بيئية عبر الغابات, الأنهار والموائل المهددة بالانقراض للكشف عن الأنشطة غير القانونية وتقديم البيانات المتعلقة بمشاريع الترميم. تشكل هذه المستشعرات طويلة العمر شبكات جمع بيانات إنترنت الأشياء التي تجمع المؤشرات الرئيسية مثل رطوبة التربة, رطوبة, نوعية المياه وأكثر من ذلك.
الموردين / الخدمات اللوجستية
تعمل أجهزة تتبع الأصول وأجهزة مراقبة الحالة LoRa على تمكين الرؤية ومنع الخسائر على طول سلاسل التوريد. تقوم الشركات بتتبع المنصات من المستودع إلى العميل, مراقبة الأدوية والمواد الغذائية بحثًا عن الانحرافات عن مستويات درجة الحرارة / الرطوبة الآمنة, ضمان سلامة البضائع المصنعة ذات القيمة العالية أثناء النقل وأكثر من ذلك.
مزايا والعيوب من لورا مدولة
توفر وحدات LoRa فوائد كبيرة من حيث الاتصال طويل المدى والتشغيل منخفض الطاقة مما يجعلها مفيدة للغاية للعديد من تطبيقات إنترنت الأشياء. ومع ذلك, كما هو الحال مع أي تقنية, هناك أيضًا بعض الجوانب السلبية التي يجب على المرء مراعاتها اعتمادًا على حالات الاستخدام المختلفة.
إيجابيات وحدة LoRa
دعونا نستكشف المزايا الرئيسية التي تدفع إلى اعتماد هذا المعيار اللاسلكي طويل المدى:
- اتصالات طويلة المدى: يصل إلى 5 نطاق الكيلومتر في المناطق الحضرية ويصل إلى 15 كيلومترًا في المناطق الريفية أو أكثر مع وضع خط الرؤية المثالي. يوفر عدد صغير من بوابات LoRa تغطية واسعة النطاق.
- قدرة شبكة ممتازة, آلاف العقد لكل بوابة: يؤدي استخدام قنوات وعوامل انتشار مختلفة إلى تقليل الاصطدامات. يمكن لبوابة LoRa واحدة التعامل مع آلاف أجهزة العقدة النهائية في وقت واحد – ضمان القدرة على نشر الأجهزة على نطاق واسع.
- استهلاك منخفض للطاقة: يمكن عمر البطارية لسنوات أثناء إرسال حزم بيانات منتظمة صغيرة بفضل الحد الأدنى من سحب الطاقة في أوضاع السكون.
- مقاومة التدخل: يوفر تعديل طيف انتشار الغرد مرونة ممتازة لضوضاء القناة والتداخل.
- نقل البيانات بشكل آمن: تحدد LoRaWAN تشفير AES-128 بت من طرف إلى طرف لسرية البيانات.
- تكاليف الوحدة منخفضة: كمعيار للأجهزة المنتجة بكميات كبيرة, وحدات LoRa ولوحات التطوير ميسورة التكلفة, تعزيز التبني الجماعي.
- إمكانية التشغيل البيني للشبكة العالمية: يضمن بروتوكول LoRaWAN إمكانية التشغيل البيني بين البنية التحتية والوحدات النمطية من قبل الشركات المصنعة المختلفة عبر عمليات النشر العالمية
سلبيات وحدة LoRa
بينما توفر وحدات LoRa نطاقًا لاسلكيًا رائعًا وعمرًا للبطارية, لديهم بعض القيود بما في ذلك:
- انخفاض عرض النطاق الترددي للبيانات: معدلات بيانات الذروة لـ LoRa أقل بكثير من WiFi, 4عرض النطاق الترددي G/5G في نطاق Mbps أو Gbps.
- القدرة محدودة بالبوابات: عدد العقد النهائية محدود بكثافة بوابة LoRa وتغطيتها.
- التدخل في النطاقات غير المرخصة: على الرغم من المتانة الممتازة لتعديل LoRa, التدخل الخارجي يمكن أن يحد من الأداء.
- دورة العمل المقيدة: اللوائح المتعلقة بالتشغيل على نطاقات غير مرخصة تحد من القدرة على الاتصال الدائم.
اختلافات ببين لورا ولوراوان
عندما يتعلق الأمر LoRa و LoRaWAN, يشير LoRa إلى بروتوكول التعديل الأساسي طويل المدى بينما يحدد LoRaWAN طبقات اتصالات الشبكة ذات المستوى الأعلى وبنية الأنظمة:
طبقة لورا المادية – تتيح طبقة التعديل الفيزيائية LoRa التي طورتها Semtech إمكانية الوصول إلى المدى الطويل, اتصال RF لاسلكي منخفض الطاقة عن طريق تشفير البيانات في حزم طيف منتشرة للزقزقة. معلمات مثل قوة الإرسال, معدل البت, رقم القناة, تم ضبط تردد الناقل وما إلى ذلك هنا.
طبقة التحكم في الوصول إلى الوسائط LoRaWAN – LoRaWAN هو معيار مفتوح يحدد طبقات الاتصال ذات المستوى الأعلى مثل المصادقة بين الأجهزة والبوابات, التكامل السحابي, طرق الاتصال ثنائي الاتجاه, جدولة فتحات الاستلام والمزيد. يتم ضمان الأمان أيضًا من خلال دعم تشفير AES-128 من طرف إلى طرف لحماية البيانات على الهواء ومن خلال روابط التوصيل.
من خلال تنفيذ LoRaWAN بشكل صحيح, يمكن للوحدات والبوابات أن تتفاعل بين موفري خدمات الشبكة المختلفين. تأتي معظم الوحدات المتوفرة اليوم مع دعم بروتوكول LoRaWAN المدمج للاتصال السحابي.
عوامل اختيار وحدة LoRa المناسبة
مع توحيد البروتوكول من خلال LoRaWAN, الوحدات من مختلف الشركات المصنعة متوافقة على نطاق واسع. ومع ذلك, يساعد فهم العوامل أدناه في تحديد المكون المناسب لتطبيقك:
- دعم نطاق الترددر: إن مطابقة نطاق ISM المناسب حسب المنطقة الجغرافية يضمن الامتثال التنظيمي. النطاقات الشائعة التي يجب مراعاتها هي 433 ميجا هرتز(آسيا), 868ميغاهيرتز (أوروبا) و 915 ميجا هرتز (شمال امريكا).
- نقل الطاقة وحساسية المتلقي: تعمل الوحدات عالية الطاقة على توسيع النطاق ولكنها تستهلك المزيد من الطاقة.
- نطاق درجة حرارة: تدعم الوحدات الصناعية درجات الحرارة القصوى بين -40 و +85 درجة مئوية.
- شكل عامل: تسمح وحدات SMD المصغرة بالتضمين بينما تناسب خيارات PCB المدمجة النماذج الأولية. تحقق من الحجم, خيارات الهوائي, تركيب الفتحات.
- دعم فئة لوراوان (أ, ب أو ج):تحدد مواصفات LoRaWAN فئات الأجهزة النهائية التي توازن ثنائية الاتجاه, الكمون وعمر البطارية. فمثلا, تسمح الفئة A بأقصى قدر من كفاءة الطاقة بينما تقوم الفئة C باستبدال عمر البطارية من أجل الاستجابة في الوقت الفعلي.
- شهادات مثل CE, لجنة الاتصالات الفدرالية: تشير الشهادات إلى أن الوحدات تلتزم بمعايير الانبعاثات والحصانة اللازمة للنشر التجاري.
اختيار MOKOSmart لورا مالرائحة
يعد MOKOSmart مصدرًا ممتازًا لوحدات LoRa القادرة والفعالة من حيث التكلفة. نحن نركز حصريًا على أجهزة إنترنت الأشياء اللاسلكية بما في ذلك الأجهزة الخلوية, خيارات البلوتوث وLoRa. لنا MKL62 يأتي مزودًا بشريحة Semtech's SX1262 LoRa التي توفر أداءً موثوقًا للترددات اللاسلكية لأميال إلى جانب دعم بروتوكول LoRaWAN. إنه يوفر نطاقًا مؤقتًا ممتدًا وخدمات موقع تتيح حلولاً للزراعة الذكية, تتبع الموقع, العدادات الذكية, إلخ. مع القدرة على تخصيص أجهزة إنترنت الأشياء جنبًا إلى جنب مع النظام البيئي الكامل لأجهزة إنترنت الأشياء, يثبت MOKOSmart أنه المورد المثالي لأي شخص الحل القائم على LoRaWAN.
أكمل القراءة عن لورا
