دليل مستشعر LoRaWAN: حالات الاستخدام وأنواعه

هذه المقالة عبارة عن مقدمة عن مستشعرات شبكة المنطقة الواسعة طويلة المدى (LoRaWAN) وسبب أهميتها. يشرح فوائد نشر مستشعر LoRaWAN، ما هو مستشعر إنترنت الأشياء (إنترنت الأشياء)، ما هي أنواع المستشعرات المتاحة، ومبدأ عمل مستشعرات LoRaWAN متبوعًا ببعض الأنواع المختلفة من مستشعرات LoRaWAN. أخيرا، سنختتم بمزايا استخدام مستشعرات LoRaWAN في تطبيق إنترنت الأشياء الخاص بك. 

ما هي LoRaWAN ولماذا هي مهمة؟ 

كما نوقش في مقالات سابقة, LoRaWAN يرمز إلى "شبكة المنطقة الواسعة طويلة المدى" وهو بروتوكول شبكة يقع على رأس تعديل LoRa الراديوي. لقد أصبح شائعًا مع تقدم التحالفات التي تروج لـ LoRa في تطبيقات إنترنت الأشياء (IoT). تشمل هذه الميزات الواعدة ما يلي: 

• تشغيل بعيد المدى: يمكن لتطبيقات LoRaWAN IoT إنشاء اتصالات طويلة المدى مشتركة طويلة المدى تمتد حتى 13 كم في بيئة ريفية وحتى 10 كم تقريبًا في بيئة حضرية. 
• استهلاك منخفض للطاقة: تستهلك أجهزة LoRaWAN التي تم تمكينها بواسطة تعديل راديو LoRa طاقة منخفضة مقارنةً بشبكات المنطقة الواسعة الأخرى (WAN) مثل الاتصال الخلوي المشترك 1TP14. 
• اتصال آمن: يتم تمكين الأجهزة التي تدعم LoRa بواسطة تشفير 128 بت AES لتأمين نقل المعلومات. 
• تحسين عمر البطارية: عادة ما تكون أجهزة LoRa التي يتم نشرها تعمل بالبطاريات ويبلغ عمر البطارية حوالي 10 سنوات 
• انخفاض تكلفة الأجهزة 

تجعل هذه الميزات من LoRaWAN خيارًا شائعًا لشبكة WAN منخفضة الطاقة (LPWAN) تطبيقات إنترنت الأشياء التي تتطلب حمولة صغيرة ونطاقًا تردديًا صغيرًا. 

ما هو مستشعر LoRaWAN؟ 

مستشعرات LoRaWAN هي الأجهزة الطرفية المنتشرة في شبكة LoRaWAN. وهي تندرج ضمن الفئات الكبيرة من مستشعرات إنترنت الأشياء. وبالتالي، من المفيد مناقشة ماهية مستشعر إنترنت الأشياء.  

مستشعر إنترنت الأشياء هو الجهاز النهائي المسؤول عن التفاعل مع البيئة المادية. فهي تحصل على قيم المعلمات المادية وتحولها إلى إشارات يتم قراءتها بعد ذلك بواسطة عقدة ذكية مثل المتحكم الدقيق. الميزة الرئيسية لمستشعر إنترنت الأشياء هي أنه ينقل البيانات المادية المجمعة عبر الإنترنت إلى العقدة الذكية. ولتسهيل الاتصال بالإنترنت يتم استخدام وسائط اتصال لاسلكية مختلفة مثل Wi-Fi والخلوي على نطاق واسع. 

الآن بعد فهم موجز لما هو مستشعر إنترنت الأشياء، دعونا نرى ما هي مستشعرات LoRaWAN. مستشعرات LoRaWAN هي نوع من مستشعرات إنترنت الأشياء، حيث يكون وسيط الاتصال اللاسلكي المشترك 1TP14 هو تعديل راديو LoRa. تتميز هذه المستشعرات بطبيعتها بميزات تعديل LoRa الراديوي التي ناقشناها سابقًا. تعمل مستشعرات LoRaWAN مثل مستشعرات إنترنت الأشياء العادية، بصرف النظر عن هذه الميزات المتأصلة. ومع ذلك، يتم تخصيصها ليتم نشرها في شبكات LoRaWAN بدلاً من شبكات WAN التقليدية. 

ظهرت الحاجة إلى مستشعرات LoRaWAN هذه بسبب العديد من التطبيقات التي تستخدم تعديل LoRa اللاسلكي. كان الدافع وراء ذلك هو تكلفتها الرخيصة واستهلاكها المنخفض للطاقة، مما يجعلها مثالية لأجهزة الاستشعار التي تعمل بالبطارية. علاوة على ذلك، يمكن لأجهزة استشعار LoRaWAN نقل المعلومات عبر مسافات طويلة، مما يجعلها متفوقة مقارنةً بمستشعرات إنترنت الأشياء التقليدية. أيضا، بسبب استخدام تعديل LoRa اللاسلكي، يمكن أن تعمل بشكل جيد للغاية في البيئات التي يمكن أن يكون فيها المزيد من التداخلات والضوضاء.  

مبدأ عمل مستشعر LoRaWAN

تتكون مستشعرات LoRaWAN من عنصرين رئيسيين: 

• عنصر الاستشعار 
• وحدة LoRa النمطية 

عنصر الاستشعار مسؤول عن اكتساب أو استشعار المعلمات الفيزيائية المطلوبة. ويمكن أن تتنوع هذه العناصر من عناصر استشعار مختلفة مثل مقاييس التسارع، وعناصر استشعار درجة الحرارة، وأجهزة استشعار الضغط، وما إلى ذلك.  

تعمل وحدة LoRa كوحدة لاسلكية أو وحدة اتصال communication. يتيح ذلك تعديل راديو LoRa للسماح بنقل بيانات المستشعر المجمعة إلى وحدة ذكية. كما أنها مسؤولة أيضًا عن تمكين قياسات الأمان مثل التشفير المناسب لتمكين تعديل راديو LoRa. لن تقوم وحدات LoRa بنقل البيانات بشكل مستمر ولها معدل إرسال محدود. ومع ذلك، فإن هذا يضيف وقت استجابة في الاتصال المشترك. تنقسم مستشعرات LoRaWAN إلى ثلاث فئات رئيسية، اعتمادًا على وضع إرسال البيانات الخاصة بهم كما هو الحال في رابط الاستقبال: 

• الفئة أ: يسمح لها بتلقي المعلومات على نوافذ استقبال محددة 
• الفئة ب: يتم منح هذه الفئة نوافذ استقبال إضافية، ومع ذلك، يتم التخطيط لها مسبقًا 
• الفئة C: تستقبل هذه الأجهزة المعلومات ما لم تكن تقوم بإرسال البيانات، وبالتالي يكون زمن الاستجابة أقل. ومع ذلك، فإن هذه الفئات من الأجهزة تستهلك الكثير من الطاقة 

من الناحية المثالية، ستشترك مستشعرات LoRaWAN في توصيل بيانات المستشعر إلى بوابة لورا في شبكة LoRaWAN، أو في بعض الحالات تتصل مباشرةً بعقدة مركزية مثل الخادم. ثم تتم معالجة هذه المعلومات من قبل عقدة مركزية مثل خادم محلي أو خادم سحابي، حيث يمكن للمستخدم الوصول إلى تطبيقه ومراقبته. 

أنواع مستشعرات LoRaWAN 

يمكن تقسيم مستشعرات LoRaWAN إلى فئات مختلفة اعتمادًا على نوع التطبيق المستخدم. شبكات LoRaWAN شائعة في القطاعات التالية: 

• تطبيقات المراقبة: يمكن لأجهزة LoRaWAN إرسال المعلومات على شكل دفعات قصيرة من الرسائل، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي لا تتطلب مراقبة متواصلة 
• التطبيقات الآمنة: نظرًا لميزات الأمان المتأصلة، فإن مستشعرات LoRaWAN مفضلة في التطبيقات التي تتطلب أمانًا عاليًا 
• تطبيقات بعيدة المدى: يمكن لأجهزة استشعار LoRaWAN نقل المعلومات عبر مدى بعيد، مما يجعلها مرشحًا مثاليًا في مراقبة الأصول التي تتطلب تشغيلًا بعيد المدى 

اعتمادًا على القطاعات الرأسية وأنواع التطبيقات المختلفة لمستشعرات LoRaWAN تختلف. في هذه المقالة، سنستعرض بإيجاز بعض مستشعرات LoRaWAN المشتركة بين mmon. 

• مستشعرات الحركة 

تُستخدم هذه الأجهزة لاكتشاف الحركة في تطبيقات مثل مراقبة الأصول وأمن المنازل وتطبيقات الأتمتة وتتبع الإشغال. يمكن لمستشعرات الحركة اكتشاف حركة الأشخاص والأشياء. ثم تقوم هذه المستشعرات بإطلاق إنذار أو إجراء عد للحركة المكتشفة. يتوفر العديد من مستشعرات الحركة commercial التي تلبي احتياجات تطبيقات المستخدمين المختلفة. 

• مستشعرات التتبع 

تُعد مستشعرات تتبع LoRaWAN مفيدة في تتبع الأصول في صناعات مثل سلاسل التوريد. عادة ما يتم تركيبها فوق الأشياء أو الأشخاص لتتبعهم عبر مسافات كبيرة. تتمثل الميزة الرئيسية لمستشعرات تتبع LoRaWAN، عند مقارنتها بأجهزة التتبع الأخرى، في كفاءة الطاقة. 

• المستشعرات البيئية 

هذه هي مستشعرات LoRaWAN الأكثر شيوعًا المستخدمة حاليًا. يمكن لأجهزة استشعار LoRaWAN البيئية قياس مستوى ثاني أكسيد الكربون، رطوبة، رطوبة، درجة الحرارة، جودة الهواء، إلخ، وتستخدم على نطاق واسع في الزراعة الذكية، تطبيقات مراقبة الكوارث، المدن الذكية، وفي الخدمات العامة الأخرى. حاليا، هناك طلب كبير على مستشعرات LoRaWAN البيئية، نظرًا لانخفاض طاقتها وتكلفة صيانتها المنخفضة. 

لماذا نستخدم مستشعر LoRaWAN؟ 

قد ترغب في التفكير في مستشعرات LoRaWAN في تطبيقك إذا كنت تتحقق من العوامل التالية: 

• استخدام شبكة LoRaWAN لتمكين التشغيل طويل المدى 
• استخدام أجهزة طرفية تعمل بالبطارية، مما يحد من استهلاك الطاقة المسموح به 
• وجود العديد من مصادر الضوضاء والتداخلات في بيئة التشغيل. وخير مثال على مثل هذه البيئة هو مصنع التشغيل الآلي 
• الأمان والموثوقية عاملان رئيسيان رئيسيان في التطبيق 

ومع ذلك, لا تقتصر أسباب اختيار مستشعرات LoRaWAN على العوامل الدافعة المذكورة أعلاه ولكنها تعتمد على طبيعة تطبيق المستخدم. 

فوائد مستشعر LoRaWAN

فيما يلي بعض الفوائد الرئيسية لنشر مستشعرات LoRaWAN: 

• فهي سهلة النشر. كما أن تكلفة الصيانة المتكبدة منخفضة للغاية عند مقارنتها بحلول إنترنت الأشياء الأخرى مثل الواي فاي 
• تستخدم مستشعرات LoRaWAN مستشعرات طيف التردد غير المرخص، والتي لا تتطلب تكاليف ترخيص إضافية 
• استهلاك منخفض للطاقة ومدى تشغيل طويل المدى، مما يجعلها حلاً شائعاً لشبكة LPWAN 
• مع إنشاء تحالف لورا، أجهزة الاستشعار القائمة على LoRa مدعومة ومعترف بها عالميًا 
• عمر بطارية يدوم طويلاً 
• اتصال آمن وموثوق 

الخاتمة 

في الختام, يمكننا القول أن مستشعرات LoRaWAN هي حل شائع لتطبيق إنترنت الأشياء الخاص بك إذا كان نطاق التشغيل وعمر البطارية هما اهتماماتك الرئيسية. ومع ذلك, تضمن مستشعرات LoRaWAN موثوقية تطبيقات إنترنت الأشياء لشبكة المنطقة الواسعة.