تقنية LoRa اللاسلكية في مجال تطبيقات IoT

تقنية LoRa اللاسلكية في مجال تطبيقات IoT

مقدمة إلى لورا

الاسم الكامل ل"لورا": "راديو طويل المدى"هي تقنية تعديل الطيف المنتشر. الاسم الصيني هو"راديو طويل المدى". إنه معيار لاسلكي لشبكة محلية منخفضة الطاقة تم إنشاؤه بواسطة semtech. من الصعب بشكل عام تغطية الاستهلاك المنخفض للطاقة لمسافات طويلة، والمسافات الطويلة بشكل عام عالية استهلاك الطاقة، ويبدو من الصعب على الخيول الركض بعيدًا دون تناول العشب.أكبر ميزة لـ LoRa هي أنها تستطيع السفر لمسافات أبعد من الطرق اللاسلكية الأخرى في ظل نفس ظروف استهلاك الطاقة، وهي تدرك حقًا وحدة الاستهلاك المنخفض للطاقة والمسافات الطويلة. في ظل نفس استهلاك الطاقة، يكون LoRa أطول من اتصالات الترددات الراديوية التقليدية. يمكن توسيعه 3-5 مرات، لذلك يتم استخدامه على نطاق واسع في مختلف مجالات إنترنت الأشياء.

هناك العديد من التقنيات اللاسلكية في مجال تطبيقات IoT، مثل 2.4 جيجا هرتز WiFi، والبلوتوث، وZigbee، وما إلى ذلك. ويمكن لهذه التقنيات أن تشكل شبكة محلية، ويمكن لهذه التقنيات اللاسلكية مثل 2G/3G/ 4G أن تشكل شبكة واسعة النطاق. المزايا والعيوب واضحة جدا. ويمكن تلخيصها كما هو موضح في الشكل أدناه.

في هذه التقنيات، يبدو أنه لا يمكننا الاختيار إلا بين استهلاك الطاقة لمسافات طويلة ومنخفضة. حتى يتم إنتاج شبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة، LPWAN (شبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة)، ​​عندما يعتمد المصممون تقنية LPWAN، يمكنهم الاهتمام بكليهما، مما يزيد من تحقيق الاتصالات لمسافات أطول واستهلاك أقل للطاقة، وفي نفس الوقت توفير تكاليف المكرر الإضافية.

في مجال إنترنت الأشياء واسع النطاق منخفض الطاقة (LPWAN)، يوجد معسكران منفصلان،"الطيف المرخص"و"طيف غير مرخص"; في معسكر الطيف المرخص، تعد تقنية NB-IoT هي الرائدة، والتي يستخدمها المشغلون المحليون والأجانب، ويمضي بائعو المعدات ومصنعو الوحدات والرقائق والأنظمة البيئية الصناعية الأخرى قدمًا؛ تهيمن تقنية LoRa على معسكر الطيف غير المرخص. وبعد عدة مطبات في التنمية المحلية، أصبحت جهود الشركاء البيئيين العالميين هي المعيار العالمي الفعلي.

تكوين شبكة LoRa

تتكون شبكة LoRa بشكل أساسي من أربعة أجزاء: المحطة الطرفية (مع وحدة LoRa المدمجة)، والبوابة (أو المحطة الأساسية)، والخادم والسحابة. يمكن نقل بيانات التطبيق في كلا الاتجاهين.

النقاط الفنية لورا

تجمع LoRa بين طيف الانتشار الرقمي ومعالجة الإشارات الرقمية وتقنية تشفير تصحيح الأخطاء الأمامية معًا، مع أداء غير مسبوق. قبل ذلك، سيتم دمج الاتصالات اللاسلكية الصناعية المتقدمة فقط مع هذه التقنيات، ومع إدخال LoRa، تغير الوضع في مجال الاتصالات اللاسلكية المدمجة تمامًا.تهدف تقنية ترميز تصحيح الأخطاء الأمامية إلى إضافة معلومات زائدة عن الحاجة إلى تسلسل البيانات المراد إرسالها، بحيث يمكن تصحيح رموز الخطأ التي تم إدخالها أثناء عملية نقل البيانات في الوقت المناسب عند الطرف المتلقي. تقلل هذه التقنية من الحاجة السابقة للإنشاء"الإصلاح الذاتي"الحزم لإعادة إرسالها، وتعمل بشكل جيد في حل الأخطاء المفاجئة الناجمة عن التلاشي متعدد المسارات. لضمان الموثوقية، يتم إنشاء تجميع حزم البيانات ويتم إدخال تشفير تصحيح الأخطاء الأمامي لضمان الموثوقية، ويتم إرسال حزمة البيانات إلى مُعدِّل طيف الانتشار الرقمي. يقوم المغير بإدخال كل بت في حزمة بيانات الحزمة في ملف"الانتشار"، ويقسم كل بت مرة إلى شرائح متعددة.

يمكن لـ LoRa التعامل بسهولة مع الضوضاء، وتكوين مودم LoRa، وبعد التكوين، يمكن تقسيمه إلى 64-4096 شريحة/بت، ويمكن استخدام الحد الأقصى لعامل الانتشار (12) في 4096 شريحة/بت على الأكثر. في المقابل، يمكن لـ ZigBee تقسيم الرقائق/البتات المكونة من 10 إلى 12 رمزًا فقط.

تستخدم تقنية LoRa معاملات انتشار عالية لنقل البيانات ذات السعة الصغيرة عبر نطاق واسع من طيف الترددات الراديوية. في الواقع، عند القياس باستخدام محلل الطيف، تبدو البيانات وكأنها ضوضاء، ولكن الفرق هو أن الضوضاء غير ذات صلة، والبيانات ذات صلة أيضًا. ولهذا السبب، يمكن بالفعل استخراج البيانات من الضوضاء..كلما ارتفع معامل تردد الانتشار، كلما أمكن استخلاص المزيد من البيانات من الضوضاء. بالنسبة لمستقبل GFSK يعمل بشكل جيد، يجب إزالة تشكيل الحد الأدنى لنسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) البالغة 8 dB بشكل موثوق. من خلال تكوين AngelBlocks، يمكن لـ LoRa إزالة تشكيل الإشارة بنسبة إشارة إلى ضوضاء تبلغ -20 ديسيبل. وتختلف هذه النتيجة بمقدار 28 ديسيبل، وهو ما يعادل زيادة في المدى والمسافة.في البيئة الخارجية، يمكن أن تصل فجوة تبلغ 6 ديسيبل إلى ضعف مسافة الإرسال الأصلية.

وبهذه الطريقة، يمكن لتقنية LoRa تحقيق نطاق نقل أكبر ومسافة أكبر مع طاقة نقل أقل. هذه التكنولوجيا واسعة النطاق منخفضة الطاقة هي بالضبط ما نحتاجه.

تعد الشبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة (LPWAN) جزءًا لا غنى عنه من إنترنت الأشياء. يتميز بخصائص استهلاك الطاقة المنخفض والتغطية الواسعة والاختراق القوي. إنها مناسبة بشكل خاص لتحديد موقع المياه، ومراقبة مصابيح الشوارع، ومراقبة أماكن وقوف السيارات. وفي التطبيقات الأخرى، يتم إرسال واستقبال كمية صغيرة من البيانات.المنظمات ذات الصلة بـ LPWAN يضم تحالف LoRa 145 عضوًا في جميع أنحاء العالم، ونظامهم البيئي الغني يجعل الأجهزة التي تتبع بروتوكول LoRaWAN متوافقة.طريقة اتصال متوافقة تمامًا مع LoRaWAN، والتي يمكنها الوصول إلى عشرات الآلاف من عقد الاستشعار اللاسلكية في نطاق يتراوح من 5 إلى 10 كيلومترات، مما يقلل من استهلاك طاقة الاتصال للعقد بشكل أكثر فعالية من طريقة اتصال الاقتراع التقليدية من نقطة إلى نقطة.