ما هو LPWAN؟ نظرة متعمقة

إنترنت الأشياء (إنترنت الأشياء)ومع انتشار استخدام الأجهزة، زادت الحاجة إلى حلول اتصالات ذات تكلفة منخفضة واستهلاك منخفض للطاقة وتغطية واسعة. في حين أن الشبكات الخلوية التقليدية (3G، 4G) تسبب استهلاكًا غير ضروري للطاقة وتكلفة لهذه الأجهزة، فإن تقنيات مثل Wi-Fi ليست كافية بسبب التغطية المحدودة. انبثقت من هذه الحاجة وتم تطويرها خصيصًا لأنظمة إنترنت الأشياءLPWAN (شبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة)هو الاسم العام لتقنيات الاتصالات اللاسلكية التي توفر اتصالات طويلة المدى بطاقة منخفضة.

ما هو LPWAN؟

LPWAN (شبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة)،إنها تقنية اتصالات لاسلكية تمكن أجهزة إنترنت الأشياء من التواصل مع استهلاك منخفض للطاقة لفترة طويلة جدًا عن طريق نقل البيانات في نطاق ترددي منخفض. وهو يوفر عادةً نقل البيانات بمعدل عدة كيلوبتات في الدقيقة، وبالتالي فهو مثالي في التطبيقات التي لا تتطلب نطاقًا تردديًا عاليًا.

لماذا تم تطويره؟

• توفير الطاقة: إطالة عمر بطارية مستشعرات إنترنت الأشياء إلى سنوات
• تكلفة منخفضة: تقليل رسوم الأجهزة والاتصال
• تغطية واسعة: توفير الاتصالات في المناطق الريفية والمناطق ذات البنية التحتية المحدودة
• بساطة: ضمان الاتصال دون الحاجة إلى هياكل شبكية معقدة

كيف تعمل شبكة LPWAN؟

• عادةً ما تكون أجهزة LPWANوضع السكونيعمل في . عندما يحتاجون إلى إرسال البيانات، يستيقظون ويرسلون حزم بيانات صغيرة.
• يتم تحقيق المدى الطويل باستخدام نطاقات التردد المنخفض (sub-GHZ) (على سبيل المثال 868 ميجا هرتز في أوروبا، 915 ميجا هرتز في أمريكا).
• بشكل عام، يعد الاتصال أحادي الاتجاه (الوصلة الصاعدة) هو الأولوية، كما تدعم بعض التقنيات أيضًا الاتصال ثنائي الاتجاه.
• استخدام التردد أوغير مرخصةأومرخصيمكن أن يكون.

تقنيات LPWAN المميزة

1.لورا و لوراوان

• الطبقة المادية (لورا): تقنية إرسال تستخدم تعديل طيف التغريد (CSS)، تم تطويرها بواسطة شركة Semtech
• طبقة الشبكة (لوراوان): معيار مبني على LoRa، يحتوي على بروتوكول MAC وقواعد إدارة الشبكة
• على الترددات غير المرخصةتعمل (على سبيل المثال 868 ميجا هرتز، 915 ميجا هرتز)
• الإرسال ثقيل، ولكنه يدعم الوصلات الهابطة محدودة
• استهلاك منخفض جدًا للطاقة، عمر بطارية يزيد عن 10 سنوات

2.سيجفوكس

• تم تطويره من قبل شركة فرنسية
• تقنية النطاق الضيق للغاية (UNB).
• يمكن إرسال عدد محدود من الرسائل النصية يوميًا (على سبيل المثال 140 رسالة/يوم)
• عرض النطاق الترددي المنخفض للغاية: 100 بت في الثانية
• تعمل على ترددات قائمة على الاشتراك وغير مرخصة

3.NB-IoT (إنترنت الأشياء ضيق النطاق)

• تم تحديدها بواسطة 3GPP (معايير شبكة الهاتف المحمول)
• يعمل على طيف مرخص قائم على المشغل (على سبيل المثال عبر البنية التحتية LTE)
• يستخدم أبراج الخلايا GSM
• أمان عالي للبيانات وموثوقية الشبكة
• يوفر الاتصال في اتجاهين

4.LTE-M (LTE Cat-M1)

• تم تطويره بواسطة 3GPP، وهو إصدار أكثر تقدمًا من NB-IoT
• دعم التنقل، الدعم الصوتي (VoLTE)، سرعات أعلى (~1 ميجابت في الثانية)
• طيف مرخص، زمن وصول منخفض، تغطية واسعة

المواصفات الفنية لشبكة LPWAN

الميزةLoRaWANSigfoxNB-IoTLTE-Mالترددغير مرخصغير مرخصمرخصمعدل البيانات0.3–50 كيلوبت في الثانية100 بت في الثانية~250 كيلوبت في الثانية~1 ميجابت في الثانيةالنطاق10–15 كم10–50 كم10–15 كم5–10 كمعمر البطارية10+ سنوات5–10 سنوات10+ سنوات5–10 YearMobilityNoneNoRestrictedYesEncryptionAES-128NoLTE SecurityLTE Security

أين يتم استخدام LPWAN؟

• المدن الذكية: مراقبة مواقف السيارات، مراقبة إنارة الشوارع، أنظمة جمع النفايات
• الزراعة الذكية: أجهزة استشعار رطوبة التربة، مراقبة الطقس، أنظمة الري
• اللوجستية والتتبع: تتبع البضائع، تتبع المركبات، أمن الحاويات
• العدادات الذكية: قراءة عدادات المياه والكهرباء والغاز الطبيعي عن بعد
• التطبيقات الصناعية: مراقبة المعدات في الموقع، وقياس استخدام الطاقة
• تقنيات الصحة: مراقبة المريض عن بعد، أجهزة استشعار خزانة الدواء

هل يتم استخدام LPWAN في تركيا؟

نعم، يتم استخدام تقنيات LPWAN بشكل نشط في تركيا:

لورا/لوراوان

• يتم استخدامه بنشاط في مختلف المدن مع البلديات ومشاريع القطاع الخاص.
• وفي نطاق شبكة الأشياء (TTN)، تم إنشاء بوابات مجتمعية في مدن مثل إسطنبول وأنقرة وإزمير.
• شائع في تطبيقات الزراعة والمدن الذكية

إنترنت الأشياء (NB-IoT).

حالة المشغلأمثلة على التطبيقاتتركسيلتقديم الخدمة النشطةقراءة العدادات وتتبع المركباتالاتصالات التركيةبنية تحتية واسعة النطاق ومشاريع تجريبيةالمدينة الذكية والمراقبة الزراعيةفودافونتقديم الخدمات في جميع أنحاء تركياالطاقة والخدمات اللوجستية والمراقبة الصناعية

سيجفوكس

• أقل شيوعا في تركيا
• يستخدم كطيار في بعض المشاريع الخاصة

مزايا تقنية LPWAN

• استهلاك منخفض للغاية للطاقةبفضل بطاريته، يمكنه العمل لسنوات
• طويلة المدىيتم تخفيض تكاليف تركيب البنية التحتية
• فعالة من حيث التكلفةيوفر خيارات الجهاز والاتصال
• تركيب بسيط: أجهزة قابلة للتكوين بسهولة ولا تتطلب تدريبًا خاصًا

تحديات وقيود LPWAN

• انخفاض معدل البيانات: غير مناسب للفيديو أو الصوت أو البيانات ذات الحجم الكبير
• كمون: الحد من التطبيقات في الوقت الحقيقي
• التلوث الطيفي: خطر التداخل والصراع على الترددات غير المرخصة
• التجوال والهجرة الدولية: التوافق العالمي المحدود للمعايير

أدوات التطوير والمنصات المتعلقة بـ LPWAN

• شبكة الأشياء (TTN): شبكة مجتمع مفتوحة المصدر لـ LoRaWAN
• مجموعات اردوينو وراسبيري باي لورا: اختبار الأجهزة باستخدام مجموعات المطورين
• AWS IoT Core، Azure IoT Hub: تكامل بيانات جهاز LPWAN مع السحابة
• ChirpStack: خادم شبكة LoRaWAN مجاني ومفتوح المصدر

مستقبل LPWAN

• الصناعة 4.0والمدينة الذكيةسيزداد التكامل مع التطبيقات
• تكاملات 5G NB-IoTتغطية أقوى وأمن البيانات مع
• الحوسبة الحافةتحليل بيانات LPWAN على مستوى الجهاز باستخدام
• اتصال LPWAN عبر القمر الصناعي: الاتصال في المناطق الريفية بمبادرات مثل Starlink وHiber

خاتمة

توفر شبكة LPWAN اتصالاً منخفض الطاقة وواسع النطاق، مما يمكّن أجهزة إنترنت الأشياء من العمل عن بعد وبشكل اقتصادي وطويل الأمد. لقد احتلت مكانتها كبنية تحتية أساسية للاتصالات في عالم إنترنت الأشياء بتقنيات مختلفة مثل LoRaWAN وSigfox وNB-IoT وLTE-M. تُستخدم هذه التقنيات بنشاط في مشاريع القطاعين العام والخاص في تركيا. يجب تحديد اختيار التكنولوجيا المناسبة وفقًا لسيناريو الاستخدام والتخطيط له من خلال مراعاة عوامل مثل البيانات والأمن والتكلفة والتغطية.