ما هي نطاقات التردد لشبكة LoRaWAN؟

تحظى LoRaWAN و LoRa بشعبية كبيرة مثل شبكة واسعة منخفضة الطاقة منخفضة الطاقة (LPWAN) لتحقيق تطبيقات إنترنت الأشياء (IoT). ومع ذلك، على الرغم من الاعتراف العالمي بها، إلا أننا نرى نطاقات تردد مختلفة للتشغيل. في هذه المقالة، سنبحث في القوة الدافعة لهذا الفصل والحاجة إلى هذا الفصل في نطاقات التردد. وفي الختام، سنناقش بعض نطاقات التردد هذه التي تعمل في مناطق مختلفة. 

تحالف لورا ومعيار لورا 

كما نعلم جميعاً, لورا هو مخطط تعديل لاسلكي شائع يستخدم على نطاق واسع لتطبيقات إنترنت الأشياء LPWAN. لقد ناقشنا في المقالات السابقة الجوانب المختلفة لشبكات LoRa و LoRaWAN. للتلخيص، يتم استخدام شبكات LoRa و LoRaWAN على نطاق واسع نظرًا لمدى تشغيلها الطويل وأجهزتها ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة.  

يتم الإشراف على LoRa و LoRaWAN وتنظيمهما من قبل تحالف LoRa Alliance and Standards، الذي يضم أكثر من 500 متعاون والعديد من مزودي الشبكات على مستوى العالم. سيمتيك كانت شركة مؤسِّسة لتحالف LoRa Alliance، وهي الشركة المسؤولة عن تقديم تعديل راديو LoRa. تم تأسيسه في عام 2015 لتمكين التطبيقات المستندة إلى LoRaWAN للتطبيقات القائمة على LoRaWAN لإنترنت الأشياء الضخمة وإنترنت الأشياء من آلة إلى آلة (M2M) التطبيقات. تتمثل رؤية تحالف LoRa Alliance في تمكين إنترنت الأشياء المستدام لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة وتتمثل مهمته في تحقيق إنترنت الأشياء الضخم من خلال الاعتماد العالمي لتقنية LoRaWAN. بصرف النظر عن توحيد المعايير، تحالف LoRa Alliance مسؤول أيضًا عن الترويج لتطبيقات إنترنت الأشياء الضخمة القائمة على LoRa وعقد ندوات عبر الإنترنت ومؤتمرات الفيديو. يمكن الوصول إلى هذه المعلومات عبر https://lora-alliance.org/about-lora-alliance/# . 

ومع ذلك, على الرغم من التوحيد العالمي من خلال تحالفات مثل تحالف LoRa Alliance, المناطق المختلفة لديها ترددات تشغيل مختلفة لتطبيقات LoRa و LoRaWAN. القوة الدافعة الرئيسية لهذا الاختلاف هي فقط تفضيل مشغلي الشبكات في المنطقة بناءً على التوافر وتلبية المتطلبات التنظيمية. 

طيف الترددات غير المرخصة لتعديل LoRaWAN 

يعد استخدام القنوات المرخصة أو غير المرخصة أحد أهم العوامل التي يجب مراعاتها عند تصميم شبكة لاسلكية خاصة. تعمل معظم شبكات الاتصالات اللاسلكية المبكرة لإنترنت الأشياء مثل الشبكات الخلوية على الطيف المرخص. ويتطلب استخدام الطيف المرخص تكلفة إضافية للترخيص، كما أن مرونة الطيف محدودة بالنسبة للمستخدم. لذلك، تعتمد معظم حالات استخدام إنترنت الأشياء على طيف الترددات غير المرخصة. الطيف غير المرخص في 2.4 GHz و 5 GHz نطاقات GHz تُستخدم بواسطة Wi-Fi وBluetooth. لا يتجاوز نطاق البوابات بضعة أمتار فقط، وهذه الترددات مزدحمة للغاية لدرجة أنها تسبب مشاكل كبيرة في الموثوقية. 

للتغلب على القيود غير الضرورية بسبب التداخل والضوضاء في نطاقات 2.4 GHz و 5 GHz، تستخدم LoRaWAN نطاقات تردد لاسلكي غير مرخصة دون الجيجاهرتز مثل 169 MHz و 433 MHz و 868 MHz (أوروبا) و 915 MHz (أمريكا الشمالية). تدعم نطاقات التردد المنخفض هذه معدلات بيانات منخفضة تتراوح بين 0.3 و50 كيلوبت في الثانية. ويسهل استخدام نطاقات الترددات الفرعية دون الجيجاهيرتز توصيل المعدات البعيدة حتى مدى 10 كم (6 أميال). يسمح هذا الاستخدام لطيف الترددات دون الجيجاهيرتز غير المرخص بنشر شبكات LoRaWAN منخفضة التكلفة. 

لماذا نطاقات التردد المختلفة للمناطق المختلفة؟ 

على الرغم من أنه لا يتم دعم جميع عروض القنوات في كل منطقة، إلا أن LoRaWAN غالبًا ما يتم تقسيمها إلى عرض قناة 125 أو 250 أو 500 كيلوهرتز حسب المناطق المختلفة. ويرجع السبب الرئيسي لهذا الفصل إلى المتطلبات التنظيمية التي يجب معالجتها حسب المناطق المختلفة. 

تم وصف هذا التخصيص المختلف للترددات في معلمات LoRaWAN الإقليمية RP2-1.0.3 التي تم إصدارها في مايو 2021. ومع ذلك، على الرغم من استخدام ترددات مختلفة للتشغيل، فإن مواصفات بروتوكول LoRaWAN لجميع المناطق سليمة. المزيد عن نطاقات التردد المختلفة هذه في القسم التالي. 

نطاقات تردد LoRaWAN في مناطق مختلفة 

سنناقش الآن التخصيصات المختلفة للترددات لتطبيقات LoRaWAN في مناطق مختلفة. فيما يلي ملخص إقليمي للتخصيص. 

*EIRP: الطاقة الفعّالة المتوازنة الفعالة 

دعونا نبحث في بعض المعايير الإقليمية الرئيسية من الملخص أعلاه. 

1. النطاق EU863-870 

يتم تطبيق ذلك على المناطق المحددة من قبل معيار ETSI [EN300.220]، والذي يستخدم في جميع البلدان الأوروبية بما في ذلك البلدان خارج أوروبا مثل البحرين. علاوة على ذلك، تستخدم دول مثل ألبانيا نطاق تردد مختلف قليلاً (863-873 MHz).  

يوجد في النطاق EU863-870 16 قناة مع 3 قنوات افتراضية و5 قنوات اختيارية محددة من قبل CFlist. في هذا النطاق الترددي، تكون القنوات الافتراضية الثلاث التالية إلزامية حيث تستخدمها الأجهزة الطرفية لبث رسالة طلب الانضمام: 

• 868.10 MHz قناة MHz 
• 868.30 MHz قناة MHz 
• 868.50 MHz قناة MHz 

بالنظر إلى معدل البيانات الذي يدعمه النطاق EU863-870، يجب أن تدعم جميع الأجهزة الطرفية خيارات معدل البيانات التالية في الشبكة. 

• DR0 - DR5: هذا هو الحد الأدنى لمعدل البيانات المدعوم للحصول على شهادة LoRaWAN 
• DR0 - DR7 
• DR0 - DR11: يتم تنفيذ جميع معدلات البيانات في الجهاز النهائي 

بناءً على معدل البيانات هذا، يوجد حد أقصى لحجم حمولة التطبيق لمعدلات البيانات المختلفة. وهي مدرجة على النحو التالي: 

2. US902-928 النطاق الصناعي والعلمي والطبي (ISM) US902-928 

يتم تطبيق ذلك على مناطق الولايات المتحدة الأمريكية وكندا وجميع البلدان الأخرى التي تستخدم 902-928 نطاق ISM. 

هناك 64 قناة من المنبع بنطاق ترددي 125 كيلوهرتز و8 قنوات من المنبع بنطاق ترددي 500 كيلوهرتز. كما أن هناك 8 قنوات في اتجاه المصب بنطاق ترددي 500 كيلوهرتز. كما هو الحال في النطاق EU863-870، هناك ترددات قنوات إلزامية تُستخدم لطلب الانضمام. هذه هي: 

• المنبع: 64 قناة - 902.3 - 914.99 MHz بزيادات قدرها 200 كيلوهرتز 
• المنبع: 8 قنوات - 903.0 - 914.2 MHz بزيادات قدرها 1.6 MHz 
• المصب: 8 قنوات - 923.3 - 927.5 MHz بزيادات قدرها 600 كيلوهرتز 

خيارات معدل البيانات المدعومة في هذا النطاق هي: 

• DR0 - DR4 و DR8 - DR13: هذا هو الحد الأدنى لمعدل البيانات المطلوب للحصول على شهادة LoRaWAN 
• DR0 - DR13: يتم تنفيذ جميع معدلات البيانات في الجهاز النهائي 

يوجد حد أقصى مدعوم لأحجام الحمولة الصافية اعتمادًا على معدل البيانات، والذي قد يصل إلى 242 بايت لـ DR15. 

الآن، بما أننا ناقشنا حول نطاقي التردد الرئيسيين المستخدمين في مناطق مختلفة لشبكة LoRaWAN، فمن الجدير بالذكر أن هناك بعض الإعدادات الافتراضية لجميع المناطق. التأخير RX1 لجميع النطاقات هو 1 ثانية والتأخير RX2 هو 2 ثانية. أيضًا، تأخير قبول الانضمام 1 هو 5 ثوانٍ بينما تأخير قبول الانضمام 2 هو 6 ثوانٍ. يمكن الوصول إلى مزيد من المعلومات عن النطاقات المختلفة عبر https://lora-alliance.org/resource_hub/lorawan-regional-parameters-v1-1ra/ . 

الخاتمة 

في هذه المقالة، ناقشنا بإيجاز الحاجة إلى نطاقات تردد مختلفة لشبكات LoRaWAN ولماذا يتم استخدام طيف التردد غير المرخص على وجه التحديد لشبكات LoRaWAN. وفقًا لذلك، في الختام، يمكننا القول في الختام أنه على الرغم من استخدام نطاقات تردد مختلفة في مناطق مختلفة، اعتمادًا على التوافر واللوائح، فقد تم الاعتراف عالميًا بأن LoRaWAN مرشح جيد لتحقيق شبكات LPWAN.