لماذا يُعدّ LoRaWAN الخيار الأمثل لتتبع إنترنت الأشياء طويل المدى ومنخفض الطاقة

12 أكتوبر 2024
دراسات حالة إنترنت الأشياء

12 أكتوبر 2024
دراسات حالة إنترنت الأشياء

مقدمة

أحدث ظهور إنترنت الأشياء ثورة في تتبع الأصول، مما وفر حلولاً مبتكرة الحلول لمراقبة الموارد وإدارتها بفعالية. ومن بين تقنيات الاتصال المختلفة المتاحة،, لوراوان تُعدّ شبكة النطاق العريض طويلة المدى (LGWAN) خيارًا مثاليًا للمصانع والموانئ والحرم الجامعية ومواقف السيارات والمستشفيات، وحتى مشاريع التتبع على مستوى الدولة. تستكشف هذه الورقة مزاياها. لوراوان, ، لا سيما في سياق مواقف السيارات أو المصانع أو المستودعات أو تتبع الماشية، ويوضح لماذا تعتبر أفضل تقنية اتصال لمثل هذه المساعي.

مزايا LoRaWAN

LoRaWAN، تغطية طويلة المدى

تقنية LoRaWAN تشتهر هذه التقنية بقدراتها الواسعة على التغطية، والتي تمتد لعدة كيلومترات. وهذا مفيد بشكل خاص لمواقف السيارات حيث قد تنتشر السيارات على مساحات واسعة، بما في ذلك المباني والمساحات المفتوحة والمواقع النائية. تضمن القدرة على تغطية مسافات طويلة قدرة أجهزة التتبع على التواصل بفعالية مع بوابات, بغض النظر عن موقعهم.

مسافة الاتصال بجهاز تعقب شارة Lansitec:
· 5 كم @SF9 مع عدد قليل من المباني والغابات بين البوابة والمتعقب.
· 19 كم @SF9. تقع البوابة على مبنى بارتفاع 30 مترًا على الساحل، ويوجد جهاز التعقب على متن سفينة

بوابة بلوتوث الشمسية:
· 3 كم @SF9 مع عدد قليل من المباني والغابات بين البوابة والمتعقب.

يمكن زيادة المسافة عن طريق زيادة SF إلى 10، أو 11، أو 12.
لمعرفة المزيد عن لوراوان للحصول على التغطية، يرجى الرجوع إلى "“ما هي العوامل المؤثرة على نطاق LoRaWAN في إنترنت الأشياء؟"”

ميزة التغطية بعيدة المدى تجعل لوراوان مثالي لمشاريع التتبع التالية:
· تتبع المركبات والمفاتيح في مواقف السيارات الخاصة بالوكلاء
· تتبع الصيادين والعاملين في عرض البحر

LoRaWAN، استهلاك منخفض للطاقة

إحدى المزايا الهامة لـ لوراوان من مميزاته استهلاكه المنخفض للطاقة. الأجهزة التي تستخدم لوراوان يمكن تشغيلها لفترات طويلة بشحنة بطارية واحدة أو ببطارية صغيرة غير قابلة للشحن، وهو أمر بالغ الأهمية لتطبيقات التتبع التي يصعب فيها استبدال البطاريات بشكل متكرر. تقلل هذه الميزة من تكاليف الصيانة وتضمن مراقبة مستمرة للأفراد والسيارات والأصول دون انقطاع.

كما أن التيار المنخفض للإرسال والاستقبال مقارنة بالشبكة الخلوية يقلل أيضًا من متطلبات خرج البطارية، وبالتالي يكون لدينا المزيد من خيارات البطارية.

وحدة التحكم الدقيقة: nRF52832
لورا RF: SX1262
SF9
حجم البيانات: 9 بايت
رسالة مؤكدة
متوسط تيار الإرسال للنظام: 110.78 مللي أمبير
متوسط تيار الاستقبال للنظام: 4.97 مللي أمبير
إجمالي استهلاك الطاقة: 16.01 ميكرو كولوم، 0.00445 مللي أمبير في الساعة

LoRaWAN، فعالية من حيث التكلفة

لوراوان يُعدّ هذا حلاً ميسور التكلفة لتتبع الأصول. لا تتطلب هذه التقنية بنية تحتية مكلفة، مما يجعلها متاحة لجميع المشاريع ذات الميزانيات المحدودة. وهي تستخدم نطاق ISM، المتاح مجاناً في جميع أنحاء العالم، ما يُمكّن الجميع من إنشاء شبكة LPWAN خاصة بهم.

لوراوان تتميز بتكاليف تشغيل منخفضة، مثل الحد الأدنى من استبدال البطاريات، وتكاليف تشغيل متنوعة. لوراوان بوابات وخوادم الشبكة (NS) بتكاليف مختلفة، ورسوم نقل بيانات منخفضة، مما يعزز فعاليتها من حيث التكلفة. بعض لوراوان بوابات يحتوي على خادم شبكة مدمج، وهو مثالي للمشاريع الصغيرة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكننا العثور على خيارات إضافية لموردين مختلفين، بما في ذلك مصنعي الأجهزة وموفري NS وAPP في LoRa Alliance، لتحسين حلنا.

خيارات شبكة LoRaWAN

إحدى الفوائد الهامة لـ لوراوان يتمثل أحد أوجه القصور في قدرة أي شخص على بناء نظامه الخاص، سواء كان ذلك محليًا أو قائمًا على السحابة. لوراوان شبكة لأنواع مختلفة من المشاريع. بالإضافة إلى الشبكة الخاصة، يمكن للمستخدمين الاستفادة من الشبكات الوطنية القائمة في دول مثل فرنسا وبلجيكا وهولندا. توفر هذه الشبكات الراسخة تغطية شاملة وبنية تحتية متكاملة للأجهزة التي تدعم تقنية LoRaWAN.

بالنسبة لأولئك الذين يسعون إلى اتباع نهج أكثر لامركزية، تقدم شركة Helium بديلاً مثيرًا للاهتمام. تعمل شبكة Helium على نطاق عالمي، وتعتمد على شبكة موزعة من النقاط الساخنة التي يديرها مستخدمون فرديون. يسمح هذا النموذج اللامركزي بتغطية أوسع ومرونة أكبر، مما يجعله خيارًا جذابًا لتطبيقات إنترنت الأشياء (IoT) في جميع أنحاء العالم.

عبر الأقمار الصناعية لوراوان توفر الاتصالات طريقة أخرى لتتبع الماشية الحية والمركبات والحاويات. وهي تتضمن بعض الميزات الفريدة:

لوراوان التغطية العالمية: تضمن تقنية الاتصال عبر الأقمار الصناعية ما يلي: لوراوان يمكن للأجهزة أن تتصل من أي مكان تقريبًا على وجه الأرض، حتى في المناطق النائية أو الريفية ذات البنية التحتية المحدودة للشبكات الأرضية.

لوراوان قابلية التوسع: لوراوان تستطيع شبكات الأقمار الصناعية استيعاب عدد كبير من الأجهزة، مما يجعلها مناسبة لعمليات نشر إنترنت الأشياء واسعة النطاق.

لوراوان فعالة من حيث التكلفة: لوراوان قمر صناعي الحلول غالباً ما تقدم بديلاً أكثر فعالية من حيث التكلفة لتقنيات الاتصالات عبر الأقمار الصناعية التقليدية.

لوراوان مصداقية: توفر الاتصالات عبر الأقمار الصناعية مستوى عاليًا من الموثوقية والمرونة، حتى في البيئات الصعبة.

بل ويمكن للمستخدمين استخدام الاتصال المباشر بين المستخدمين (بالإضافة إلى لوراوان) في الحالات التي لا تتطلب سوى عدد قليل من الأجهزة وشبكة مبسطة، مثل نظام تنبيه وتتبع الصيادين.
إذن، لوراوان تتميز الشبكة بالمرونة، ويمكن أن تكون صغيرة بحجم سفينة لتتبع البحارة والصيادين، أو على مستوى الدولة لتتبع حاويات, المنصات، وأصول الإيجار.

سعة شبكة LoRaWAN

ال سعة شبكة LoRaWAN لا تُشكّل هذه مشكلة في معظم أنظمة المراقبة، لأن وتيرة التقارير منخفضة، من دقائق إلى ساعات، أو قد تُفعّل عند حدوث حدث. مع ذلك، في مشاريع التتبع، يرغب المستخدمون في تتبع الأصول أو الموظفين كل بضع ثوانٍ إلى دقائق.

مثال 1:

جهاز تعقب GNSS: 750 قطعة
فترة التقرير: 5 دقائق
حجم البيانات: 9 بايت
SF7،, لوراوان معدل سعة البوابة هو 3.6%
SF8،, لوراوان معدل سعة البوابة هو 7%
SF9،, لوراوان معدل سعة البوابة هو 14%

لتحقيق أقصى قدر من سعة الشبكة وتقليل فقدان الحزمة، من الأفضل الحفاظ على معدل السعة أقل من 15%.

مثال 2:

جهاز تعقب GNSS: 50 قطعة
فترة التقرير: 15 ثانية
حجم البيانات: 9 بايت
SF7،, لوراوان معدل سعة البوابة هو 5%
SF8،, لوراوان معدل سعة البوابة هو 10%
SF9،, لوراوان معدل سعة البوابة هو 20%

للحصول على تقييم مفصل لسعة الشبكة، يرجى الرجوع إلى قسم "8 قنوات" الخاص بنا. سعة شبكة LoRaWAN التقييم"، PN: 511-00054.

كما يتضح من المثالين 1 و2، فإن سعة لوراوان تعتمد سعة الشبكة على كثافة بواباتها. ويُحدد عامل الانتشار (SF) وحجم البيانات وعرض النطاق الترددي سعة شبكة ذات بوابة واحدة. كما يُمكننا توسيع سعة الشبكة بإضافة المزيد من قنوات الاتصال: من 8 إلى 16 قناة وصلة صاعدة في EU868، أو من 8 إلى 16 قناة أو أكثر (حتى 64 قناة) في US915 وAU915 وCN470. ويمكن أيضًا زيادة السعة بإضافة المزيد من لوراوان بوابات.

ل بوابات البلوتوث و أجهزة الاستشعار بالنسبة للأجهزة الثابتة، يُعد استخدام آلية معدل البيانات التكيفي (ADR) أمرًا ضروريًا. الهدف الرئيسي من ADR هو توفير طاقة بطارية الجهاز. لوراوان العقد الطرفية. إن وجود العقد الطرفية الأقرب إلى البوابة يبث باستخدام أقل عامل انتشار يقلل من وقت تشغيلها ويطيل عمر بطاريتها. أما العقد الطرفية الأبعد فتبث باستخدام أقل عامل انتشار. أجهزة الاستشعار يتم الإرسال بمعامل انتشار أعلى. ويتم الموازنة بين طاقة البطارية والمسافة، حيث يسمح معامل الانتشار الأعلى للبوابة بالاتصال بالأجهزة البعيدة.

مع ذلك، بالنسبة لجهاز التتبع المتنقل، من الأفضل استخدام معدل بيانات ثابت لتوفير الطاقة أثناء تجواله على مسافات مختلفة. لوراوان بوابة. كما يحافظ معدل البيانات الثابت على اتصال مستقر للجهاز المحمول، أي, المتتبعون.

التجوال والتنقل عبر LoRaWAN

في لوراوان, لا ترتبط العقد الطرفية ببوابة محددة. بدلاً من ذلك، يتم استقبال البيانات المرسلة من عقدة واحدة عادةً بواسطة عدة عقد. بوابات ثم تُرسل الرسائل إلى خادم الشبكة المركزي، حيث يتم التحقق منها وإعادة توجيهها بشكل آمن إلى التطبيق. تُنقل البيانات المعقدة إلى خوادم الشبكة التي تُدير الشبكة، والتي بدورها تُصفّي الحزم الزائدة، وتُجري فحوصات أمنية، وتُجدول إشعارات الاستلام عبر البوابة الأمثل، وتُطبّق معدلات بيانات تكيفية، وغير ذلك. في حال كان الجهاز متحركًا، فلا حاجة لنقل التحكم بين البوابات، وهي ميزة أساسية تُتيح لتطبيق تتبع الأصول العمل بكفاءة.

شبكة LoRaWAN عالية الأمان

يُعد الأمن مصدر قلق بالغ الأهمية في أي مشروع تتبع، وخاصة عند التعامل مع البيانات الحساسة. لوراوان يستخدم معايير تشفير قوية، مثل AES-128، لضمان أمان البيانات المنقولة بين الأجهزة و بوابات يتمتع النظام بالأمان والحماية من الوصول غير المصرح به. هذا المستوى العالي من الأمان ضروري للحفاظ على سلامة وسرية معلومات التتبع.

حجم حمولة LoRaWAN ومعدل البيانات والزمن الكامن

لوراوان يُوفر هذا النظام ملف تعريف متعدد الاستخدامات لنقل البيانات، بسعة قصوى تتراوح بين 11 و242 بايت (بحسب نطاق التردد ومعامل الانتشار)، ومعدلات بيانات تتراوح بين 255 بت في الثانية و50 كيلوبت في الثانية، وزمن استجابة يُقاس عادةً بالثواني حسب إعداد RECEIVE_DELAY. مع أن هذه المعايير قد لا تتفوق دائمًا على معايير NB-IoT أو CAT-M أو Cat-1 في جميع الجوانب، إلا أنها تُناسب العديد من تطبيقات التتبع.

دراسات حالة وتطبيقات عملية لشبكة LoRaWAN

السيارات والمفاتيح في موقف سيارات الوكلاء

حلول Lansitec B-Mobile® يجمع إشارات البلوتوث, وبوابة بلوتوث مع لوراوان لتوفير إمكانيات تتبع سلسة للسيارات والمفاتيح. إليك كيفية عملها:

منارات البلوتوث:يمكن ربط هذه الأجهزة الصغيرة بالمفاتيح وتعليقها على مرايا الرؤية الخلفية. وهي تعلن عن وجودها باستمرار.

بوابات البلوتوث:موقع استراتيجي بوابات البلوتوث اكتشاف هذه منارات عندما تصبح في نطاق الرؤية. هذه بوابات ثم إرسال بيانات الإشارة (الرئيسية، والثانوية، وحالة البطارية، وقوة الإشارة المستلمة) عبر لوراوان الشبكات.

لوراوانيوفر هذا الجهاز تتبعًا واسع النطاق ومنخفض الطاقة، حيث يصل مداه إلى 5 كيلومترات في المناطق الحضرية وأكثر من 20 كيلومترًا في المناطق الريفية., لوراوان بوابات تغطي مساحات واسعة. يضمن تعديل طيف الانتشار الترددي مقاومة التداخل.

فوائد

تحسين تجربة العملاء:يساعد التتبع في الوقت الفعلي على تحسين خدمة العملاء أثناء عمليات التدقيق والتفاعلات.

بطارية طويلة العمر لجهاز Bluetooth Beacon: إشارات البلوتوث يمكن أن تدوم لأكثر من 5 سنوات، مما يضمن تتبعًا مستمرًا.

بوابة بلوتوث تعمل بالطاقة الشمسية: ال استقبال البلوتوث يمكن لبوابة البلوتوث استقبال الإشارات القريبة باستمرار منارات وتقديم التقارير إلى لوراوان فوراً. يتيح استهلاك الطاقة المنخفض لبوابة البلوتوث الاستغناء عن الصيانة.

تتبع الحاويات

يمكن للمستخدمين النشر لوراوان بوابات على الموانئ بين الجزر والمصانع والمستودعات لتوفير اتصال سلس.

تتبع الحاويات: لانسيتك متتبع حاويات LoRaWAN يوفر رؤية في الوقت الفعلي أثناء النقل بين الجزر. ستعرف دائمًا مكان حاوياتك، سواء على السفن أو الشاحنات أو في ساحات التخزين.
أرفق هذه المتتبعون إلى المنصات والآلات وغيرها من الأصول في المصانع والمستودعات. مراقبة الحركة، وتحسين سير العمل، ومنع الفقد أو السرقة.

مراقبة استخدام الماكينة: تتبع أنماط استخدام المعدات. تحديد الآلات المعطلة أو اكتشاف الشذوذ في التشغيل.

إدارة الأصول: سواء كانت أدوات أو قطع غيار أو مخزونًا قيّمًا، فإن هذا الجهاز المتتبع يُبسّط إدارة الأصول باستخدام تقنية البلوتوث وينقل المعلومات عبر لوراوان.

تعقب العمال

يمكن استخدام جهاز تعقب الشارات ومستشعر الخوذة من Lansitec لتتبع العمال في موقع بناء أو منصة نفطية أو محطة طاقة الرياح على البحر.

متتبع الشارة

تم تصميم جهاز تتبع الشارات من لانسيتك بناءً على نظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS)., بلوتوث 5.0 وتدعم تقنية LoRa. كما تدعم التتبع الداخلي والخارجي. وتُستخدم الشارة بشكل أساسي لإدارة الأفراد والأصول.
يمكن استخدام مسرع ثلاثي المحاور المدمج لتحديد حالة حركة الجهاز. وبالتالي، يمكن أن يساعد في توفير البطارية وتحسين تجربة المستخدم.

عرض المنتج

مستشعر الخوذة

تم تصميم مستشعر خوذة Lansitec بالاعتماد على نظام تحديد المواقع العالمي (GNSS) وتقنية Bluetooth 5.0 و تقنية LoRaWAN. يدعم التتبع الداخلي والخارجي.
يدعم ميزات متنوعة تساهم في تسهيل الإدارة في البيئات الصناعية. يمكن استخدام مسرع ثلاثي المحاور المدمج لتحديد حالة حركة الجهاز. وبالتالي، يمكن أن يساعد في توفير البطارية وتحسين تجربة المستخدم.

عرض المنتج

تتبع UWB عالي الدقة

لوراوان يمكن استخدامها لمزامنة البيانات ونقلها في نظام تتبع عالي الدقة بتقنية النطاق العريض للغاية (UWB). يمكن تشغيل نقاط التثبيت المنتشرة على مسافة 20-30 مترًا من بعضها البعض بواسطة البطارية لأكثر من 5 سنوات، وذلك بفضل استهلاكها المنخفض للطاقة. لوراوان. المتتبعون مع لوراوان وتقوم تقنية النطاق العريض فائق السرعة (UWB) بإرسال معلومات المسافة إلى لوراوان بوابة للخادم لحساب موقعه.
في حل التتبع هذا القائم على تقنية LoRaWAN UWB، كل من نقاط الارتكاز و المتتبعون تعمل بالبطاريات، مما يقلل بشكل كبير من جهد الصيانة اللازم للنشر.

لا تتردد في الاتصال بنا للحصول على مزيد من المعلومات حول حل تتبع UWB المستند إلى LoRaWAN.

خاتمة

لوراوان تُعدّ هذه التقنية أفضل تقنية اتصال لمشروع تتبع إقليمي نظرًا لتغطيتها واسعة النطاق، واستهلاكها المنخفض للطاقة، وفعاليتها من حيث التكلفة، وأمانها العالي. وذلك من خلال الاستفادة من لوراوان, يمكن لمواقف السيارات والموانئ البحرية والمستشفيات ومواقع البناء مراقبة وإدارة أصولها بشكل فعال، مما يضمن تعزيز الأمن والكفاءة التشغيلية.