پروتکل‌ لورا (LoRa)

هوشمند‌سازی ساختمان به صورت بی‌سیم، از طریق پروتکل‌های مختلفی از جمله وای فای، بلوتوث، زیگبی، پروتکل‌ لورا (LoRa) و… امکان‌پذیر است. گوشی هوشمند شما، راه ارتباط با وای فای و بلوتوث را می‌داند و لازم نیست سخت افزار و مترجمی به آن‌ها اضافه کرد. این که هر کسی می‌تواند با هر وسیله هوشمندی مثل تبلت و گوشی، با وای‌فای و بلوتوث ارتباط برقرار کند، امنیت وسایلی که با این سیستم‌ها کار می‌کنند را پایین آورده است. به همین دلیل خانه هوشمند نوین گذر تصمیم گرفت که از پروتکل لورا (LoRa)، که یک پروتکل ایمن‌تر است، استفاده کند.

پروتکل‌ لورا (LoRa) چیست؟

پروتکل‌ ارتباطی لورا (LoRa)، مخفف (LONG RANGE)، جزو مدرن‌ترین شبکه‌های ارتباطی بی‌سیم است. پروتکل لورا از الگوریتم‌های ریاضی و رمزنگاری پیشرفته استفاده می‌کند. برنامه‌های کاربردی با نرخ پایین داده، می‌توانند به جای استفاده از سایر فناوری‌های رادیویی، با قیمت مناسب‌تری، از پروتکل لورا استفاده کنند.از پروتکل لورا برای ساختن شهر هوشمند استفاده می‌کنند، اما خانه هوشمند نوین گذر، از این پروتکل برای هوشمند‌سازی ساختمان استفاده کرده است.

شبکه لورا (LoRaWAN) یکی از پروتکل‌های اصلی دوربرد توان پایین LPWAN ویژه اینترنت اشیا است. این فناوری به سیگنال‌ها اجازه می‌دهد تا حتی در سطوح پایین‌تر از نویز نیز منتشر و بازیابی شوند. تجهیزات مبتنی بر LoRaWAN می‌توانند تا سال‌ها فقط با یک باطری کار کنند. شاید مهمترین مشخصه شبکه لورا (LoRaWAN) که توانسته است در کنار مزیت‌های فنی این پروتکل زمینه رشد سریع آن را فراهم کند، رویکرد غیر انحصاری توسعه این پروتکل بر بستر یک جامعه آزاد و با مشارکت مجموعه‌های مختلف فناوری باشد.

شبکه‌های LPWAN، گزینه‌های ارتباطی در شهرهای هوشمند

بر اساس آخرین تحقیقات انجام شده، انتظار می‌رود ارزش سهام بازارهای هوشمند از 308 میلیارد دلار در سال 2018 به 717.2 میلیارد دلار تا سال 2023 افزایش یابد. با توجه به این ارقام پیش‌بینی می‌شود که صنعت در سال‌های آینده رشد چشمگیری داشته باشد. در این راستا، کمپانی فورد درباره‌ی به کارگیری فناوری سلولی در تمامی خودروهای جدید خود در ایالات متحده که از سال 2022 آغاز می شود، صحبت کرده است. این وسایل نقلیه ممکن است نیاز به زیرساخت‌های شهر هوشمند داشته باشد تا سطح قابل توجهی از هوشمندی و قابلیت های کلیدی خود را نشان دهند. بدین ترتیب شهرهای هوشمند با راهکارهای اینترنت اشیا (IoT) که شامل موارد زیر می‌شوند، افزایش می‌یابد:

حسگرهای واقع در زیرساخت‌های شهر هوشمند برای دریافت اطلاعات مختلف شهر
پلتفرم شهر هوشمند مسئول تجزیه و تحلیل داده ها از سنسورها، اعلان فعالیت‌ها به محرک‌ها و ارائه تصاویر به کاربران است
اتصال بی‌سیم و انعطاف پذیر شبکه که یکی دیگر از مهم‌ترین اجزا تضمین کننده ارتباط بین سنسورها و پلتفرم است.

منظور از LPWAN چیست؟

LPWAN به شبکه گسترده کم توان اشاره دارد که نام کامل آن Low power wide area network می باشد. این شبکه دوربرد مخابراتی و بی سیم، جهت برقراری ارتباطات طولانی مدت با نرخ انتقال داده کم برای به کارگیری در بستر اینترنت اشیا مورد استفاده قرار می‌گیرد. در شبکه دور برد کم مصرف سرعت انتقال داده در هر یک از کانال ها، در بازه ۰.۳ تا ۵۰ کیلوبیت بر ثانیه می‌باشد.

شبکه LPWAN در سال 2013 به عنوان یک استاندارد جدید فناوری و در حقیقت کلاس نوینی از تکنولوژی‌های بی سیم روی کار آمد. از این شبکه برای رفع نیازها در ارتباطات بین ماشین (M2M) و شبکه های اینترنت اشیاء (IoT) استفاده می‌شود. علاوه بر این یک شبکه گسترده کم مصرف، ممکن است جهت ایجاد یک حسگر شبکه بی‌سیم نیز مورد استفاده قرار گیرد.

شبکه‌های LPWAN از مزایای مختلفی بهره‌مند هستند

در ادامه چهار مورد از مهمترین‌هایشان را بیان خواهیم نمود:

در این شبکه‌ها، محدوده عملیاتی می‌تواند از چند کیلومتر در مناطق شهری تا ۱۰ کیلومتر در مناطق روستایی گسترش یابد.
مقاومت بالا در انتشار امواج شبکه های LPWAN امکان رسیدن سیگنال‌ها را به اعماق زمین فراهم آورده است. به طوری که می‌توان از آن‌ها برای اتصال کنتورهایی که زیر زمین قرار دارند و یا حتی حسگرهای پایش لوله‌های فاضلاب بهره گرفت.
در شبکه های LPWAN پروتکل ها بسیار ساده و سبک بوده و از پیچیدگی در طراحی خبری نیست. از این رو نیاز به سخت‌افزار و تجهیزات گران‌قیمت کاهش یافته است. در واقع استفاده از توپولوژی ستاره‌ای، در محدوده‌های طولانی و باندهای فرکانسی رایگان، نیاز به تجهیزات زیربنایی گران را تا حد زیادی کاهش داده است.
دیگر ویژگی شبکه های LPWAN، کم مصرف بودنشان است. به طوری که فرستنده‌های این شبکه با باتری‌های کوچک و ارزان تا 20 سال قابلیت کار کردن دارند.

پروتکل‌ لورا (LoRa)

انواع شبکه های ارتباطی هوشمند

طراحی شبکه‌های ارتباطی می‌توانند منجر به موفقیت و یا حتی شکست پروژهای شهر هوشمند شوند. به عنوان مثال، انتخاب هوشمندانه شبکه‌ی ارتباطی باید برای ایجاد یک راهکار پایدار و طولانی مدت انجام شود.

اکثر کشورها به سختی تلاش می‌کنند که زندگی شهری را بهتر و کارآمدتر کنند. راهکارهایی در این رابطه با استفاده از تکنولوژی‌های قابل دسترس سلولی پیشنهاد شده‌اند و برخی از آنها ممکن است در کشورهای مختلف مستقر شوند. اکثر کشورها در حال حاضر پوشش گسترده‌ای از پیشرفت بلند مدت (LTE) را در اکثر شهرهایشان دارند، که می‌تواند برای اتصال به این راهکارهای جدید استفاده شود.

اکثر ساختمانها از پوشش وای‌فای همه‌جا استفاده می‌کنند که می‌تواند سریعترین راه برای راه‌اندازی راهکارهای هوشمندانه شهر باشد. برخی ممکن است راه‌حل‌های ترکیبی را با استفاده از SMS برای انتقال اطلاعات از حسگرها به پلتفرم از طریق یک شبکه GSM یا CDMA ترجیح دهند. مزیت استفاده از شبکه‌های قابل دسترس وای‌فای در این است که آنها در حال حاضر اکثر مناطق را پوشش می‌دهند و بنابراین هر سازمان می‌تواند از راهکارهای شهر هوشمند بدون نیاز به سرمایه گذاری‌های بزرگ در زیرساخت شبکه استفاده کند.

بدین ترتیب

اپراتورهای تلفن همراه نیز از طریق ارائه قابلیت اتصال به تعداد قابل‌توجهی از تجهیزات IoT، که انتظار می‌رود تا سال 2020 به بیش از 50 میلیارد دلار برسد، بیشتر می‌شوند. با این حال، استفاده از تکنولوژی‌هایی مانند LTE و CDMA می‌توانند راهکارهای شهر هوشمند برای مصرف کنندگانی باشد که ترجیح می‌دهند که چنین خدماتی را به صورت رایگان و نه به قیمت ارائه دهند.

شبکه‌های تلفن همراه معمولا به دلیل ماهیت استفاده مورد نظر و هزینه‌های عظیم مورد نیاز برای انتقال حقوق ارزش کمی دارند. همچنین این فناوری‌ها ممکن است شامل استفاده از دستگاه‌های گران قیمت که نیاز به نگهداری منظم و شارژ دارند، باشند. با توجه به این هزینه‌های بالا، شبکه‌های بی‌سیم می‌توانند برای همه‌ی راهکارهای هوشمند شهر مناسب نباشند. شهرداری ممکن است مبلغ کافی برای پرداخت این خدمات به نمایندگی از مصرف کنندگان نیز نداشته باشد.

شبکه‌های بی‌سیم طراحی شده‌اند تا ارتباطات سریع و کارآمد از بیت‌های کوچک داده‌ها که معمولا در راهکارهای مختلف شهر هوشمند منتقل می‌شوند، ارائه شود. آنها برای اطمینان از شارژ باتری بسیار طولانی برای دستگاه‌های مختلف حسگر مورد استفاده در شهرهای هوشمند طراحی شده‌اند. برخی از محبوب‌ترین LPWAN ها NB-IoT، Sigfox و LoRaWAN هستند.

پروتکل‌ لورا (LoRa) و LoRaWAN

LoRaWAN در یک طیف رادیویی بدون مجوز عمل می کند و از فرکانس‌های رادیویی پایین با محدوده طولانی استفاده می‌کند. در مناطق خاص اروپا در باند فرکانس 863-870 مگاهرتز، 902-928 مگاهرتز در آمریکا، 915-928 مگاهرتز در استرالیا، 779-787 مگاهرتز در چین و 470-510 مگاهرتز در آفریقا عمل می‌کنند.

اتحادیه لورا (LoRa) برای پشتیبانی از پروتکل LoRaWAN در سال 2015 میلادی ایجاد شد. این سازمان غیرانتفاعی بیش از 500 عضو دارد. برخی از اعضای مهم آن شرکت های IBM، Everynet، Actility، MicroChip، Orange، Cisco، KPN، Swisscom، Semtech، A2A Smart City SPA، Bouygues Telecom، Singtel، Proximus، هستند. در سال 2018 ، اتحادیه لورا (LoRa) بیش از 100 اپراتور شبکه LoRaWAN در بیش از 100 کشور داشت. این اتحاد توسط گروه VTM در بیورتون ، اورگن اداره می شود.

Sigfox

Sigfox که راهکارهای LPWAN را برای شهرهای هوشمند ارائه می‌دهد، به شدت کم هزینه است و علاوه بر این انرژی مورد نیاز برای اتصال ایمن سنسورهای IoT به پلتفرم‌های هوشمند را در ابر ارائه می‌دهد. این دستگاه از فناوری رادیویی (Ultra-Narrow Band (UNB استفاده می‌کند. Sigfox همچنین مزایا و معایب مشابه با LoRaWAN دارد.

NB-IoT

NB-IoT یکی دیگر از اتصالات محبوب برای شهرهای هوشمند و IoT است. یکی از مزایای آن اینست که می‌تواند با 2G، 3G و 4G با باند فرکانس مجاز (700 مگاهرتز، 800 مگاهرتز و 900 مگاهرتز) همخوانی داشته باشد و پهنای باند فرکانسی 200 کیلوهرتز را اشغال کند. این به احتمال زیاد مورد علاقه بسیاری از تولید کنندگان و اپراتورهای شبکه است. با این وجود، سازمان‌های دیگری که قصد پرداخت هزینه‌های سنگین مجوز برای این باند فرکانس را ندارند، زیان‌آور هستند؛ بنابراین، ممکن است سهم سایر سرمایه گذاران کوچکتر را کاهش دهند.

نتیجه‌گیری این است که یک رویکرد شبکه ناهمگن برای شهرهای هوشمند ضروری است. بنابراین، رگولاتوری‌ها باید فرکانس مورد استفاده این فناوری‌ها مدنظر داشته باشند.

همچنین بخوانید ➤➤➤

مجله هوشمند سازی خانه هوشمند نوین گذر

راهنمای جامع پروتکل‌ هوشمند سازی لورا (LoRa) | پروتکل خانه هوشمند لورا | قسمت 1

پروتکل‌ لورا (LoRa)

پروتکل‌ لورا (LoRa) چیست؟

شبکه‌های LPWAN، گزینه‌های ارتباطی در شهرهای هوشمند

منظور از LPWAN چیست؟

شبکه‌های LPWAN از مزایای مختلفی بهره‌مند هستند