فهرست مطالب
مقدمه
انتقال داده ها از طریق هوا حداقل از سال 1997 ، هنگامی که استاندارد 802.11 وارد صحنه شد، امری عادی بوده است. در برخی از برنامه های خاص ،قدمتی طولانی تر دارد. استاندارد 802.11 اولین بار در سرعت 2 Mbit/s ، تکامل یافته است و امروز به سرعت های نزدیک به 10 گیگابایت در ثانیه از طریق 802.11ax (یک افزایش 5000 برابری حیرت انگیز) رسیده است.
با اینکه سرعت افزایش چشمگیری داشته اما در افزایش برد پیشرفت چشمگیری رخ نداده است. برد نسبتاً ایستا باقی مانده است ( حدود 150 فوت در داخل خانه یا 300 فوت در جایی بدور از موانع). به عنوان مثال اگر در یک خانه متوسط می‌توانید به مودم خود وصل شوید، خارج از خانه نمی‌توانید دیگر به آن متصل شوید.
برای انتقال داده های دوربرد ، همیشه گزینه استفاده از شبکه سلولی وجود دارد. اما در صورت نیاز به آرایه گره های سنسوری برای نظارت IoT در خارج از برد Wi-Fi چه باید کرد؟ به عنوان مثال ، ارائه مودم های سلولی و سرویس داده برای بسیاری از سنسورها که در یک مزرعه بزرگ پخش می شوند، گران تمام می شود. سرعت داده های Wi-Fi و تلفن همراه در شرایطی که فقط می‌خواهید چند بیت از داده ها را چند بار در ساعت یا حتی در روز انتقال دهید ، بیش از حد زیاد است.
در این فضا ، سیستم های LoRaWAN که می توانند مقادیر کمی از داده ها را چندین کیلومتر یا بیشتر منتقل کنند ، ممکن است مناسب باشد.
LoRaWAN چگونه کار می‌کند؟
LoRaWAN در باند ISM کار می کند (با محوریت 915 مگاهرتز در آمریکای شمالی). این بدان معناست که هیچ هزینه داده ماهانه ای برای استفاده از آن وجود ندارد و می توانید آن را در هر کجا تنظیم کنید، اگرچه باند رادیویی مورد نیاز بسته به موقعیت مکانی شما ممکن است متفاوت باشد. در ساده ترین پیاده‌سازی، دو یا چند فرستنده-گیرنده LoRaWAN، مانند آنهایی که در Arduino’s MKR WAN 1300 اجرا شده اند، می توانند مستقیماً با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
بعلاوه می توانید از یک دروازه اینترنتی LoRaWAN نیز استفاده کنید. دروازه، داده های جمع آوری شده از آرایه سنسورها را با استفاده از اتصال سیمی (یا از طریق Wi-Fi یا اتصال سلولی) به ابر (cloud) منتقل می کند. از آنجا می توانید داده ها را در سناریوهای متنوع نمایش داده و از آنها استفاده کنید.
ما می توانیم از این داده ها در بسیاری از برنامه های مختلف از کار مزرعه گرفته تا نظارت شهری استفاده کنیم ، مانند:
- مشخص کنید که آیا باغچه‌ها یا چمنزارها به آبیاری احتیاج دارند یا خیر
- وضعیت را بررسی کنید یا یک دروازه اتوماتیک را فعال کنید
- حرکات گاو یا دیگر حیوانات را کنترل کنید
- ردیابی تاکسی‌ها
- نظارت بر وضعیت فضاهای پارکینگ
- خواندن پارامترها
در حالی که LoRaWAN برای کارهای فشرده داده به اندازه Wi-Fi مناسب نیست ، برد سیستم LoRaWAN در سناریوهایی با پهنای باند کم و برد طولانی بسیار مفید است.
برد LoRaWAN
در حالی که غالباً برد LoRaWAN به “کیلومتر” بیان می‌شود، تصور کنید که رسیدن به برد کیلومتری چقدر ممکن است سخت باشد. ممکن است پنج کیلومتر ، ده کیلومتر یا بیشتر باشد. دامنه انتقال بسته به مکانی که اندازه‌گیری می‌کنید یا سیگنال را بهینه می‌کنید متفاوت است.
LoRaWAN روی پهنای باند 125 ، 250 یا 500 کیلوهرتز کار می کند و در ایالات متحده این گروه ها با محوریت 915MHz متمرکز شده و از 902 تا 928 مگاهرتز است. این محدوده فرکانس به 64 کانال 125 کیلوهرتز، کانال های 500کیلو هرتز uplink و کانال های 500کیلوهرتز downlink تقسیم می شود. WiFi در چندین کانال مختلف با فرکانس 2.4 یا 5 گیگا هرتز کار می کند، اما فرکانس های پایین تر مورد استفاده توسط LoRaWAN محدوده انتقال بسیار طولانی تری را امکان پذیر می کند.
ارتباط LoRaWAN به صورت یک سری “chirp” صورت می گیرد. فرکانس های منتشر شده در پهنای باند مشخص شده، نمایانگر یک سمبل عددی بوده و بنابراین یک توالی باینری ، معروف به “upchirps” و “downchirps” را نشان می دهد.
- upchirps. اینها هنگامی ایجاد می شوند که کانال LoRaWAN با مشخصات 914.9 مگاهرتز و پهنای باند 125kHz کار کند. این کانال ، chirp هایی را تولید می کند که از حداقل 914837.5 کیلو هرتز تا 914962.5 کیلو هرتز متغیر باشد.
- .downchirps این موارد برعکس upchirps است ، و آنها را از یک فرکانس بالا به یک فرکانس پایین برای سیگنالینگ منتقل می کنند.
ما می توانیم هر chirp را با ضریب پخش (SF) از 7-12 تعریف کنیم ، که هم تعداد بیت های یک chirp را مشخص می کند و هم اینکه چقدر طول می کشد. برای هر تغییر سطح ، ما می دانیم که مدت زمانی که یک chirp طول می کشد دو برابر می شود. در اینجا سه مثال آورده شده است:
- با تعریف 7 به عنوان ضریب پخش پایه 1 دوره زمانی (TP) ، شما 7 بیت داده را در 2^0 یا 1 TP انتقال می دهید.
- ضریب پخش 8 می تواند 8 بیت را در 2^1 یا 2 TP منتقل کند.
- در ضریب پخش 12 ، زمان 2^5 یا 32 TP خواهد بود ، در حالی که 12 بیت را انتقال می دهد ، نرخ 0.375 bits/TP را می‌دهد. در مقابل، با ضریب پخش 7، نرخ 7 بیت بر TP بدست می‌آید که 18.67 برابر ضریب پخش 12 است.
پهنای باند نیز نسبت خطی داشته(1 / [2SF / BW])، اگرچه این معادلات و محاسبات از ویژگی های تصحیح خطا چشم پوشی می کنند. ما می توانیم با استفاده از یک نرخ داده تطبیقی (ADR) این امر را بهینه کنیم. ADR تنظیمات مناسب برای برد، سرعت داده و میزان مصرف برق را بهینه می کند.
دامنه چند کیلومتری چشمگیر است، اما در نظر بگیرید که Swiss electronics YouTuber Andreas Spiess رکورد جهانی برای اتصال LoRaWAN را در فوریه 2017 شکست (ارتباط بین ایستگاه های پایه با فاصله 212 کیلومتری یا بیش از 131 مایل). اما بعداً در همان سال، یک بالون پرتاب شده در هلند توانست از فاصله ای بیش از 702 کیلومتر ارتباط برقرار کند.
Wi-Fi با برد طولانی نیز امکان پذیر است، اما برخلاف LoRaWAN ، دستیابی به آن نیاز به متمرکز سازی آنتن های جهت دار دارد. ممکن است به سرعتی صد مگابیتی از فاصله ای صدکیلومتری دست پیدا کنیم، اما چند فاکتور مهم را باید در نظر بگیریم:
قابلیت حمل تقریباً وجود ندارد.
ستاپ پیچیده تری دارد.
راندمان توان نسبت به ماژول های LoRaWAN که ممکن است برای کار با قدرت از راه دور وجود داشته باشد، نگرانی ثانویه است.
بنابراین نتیجه مقایسه LoRaWAN با Wi-Fi چه می شود؟ همانطور که در اینجا بررسی کردیم، هم بهتر و هم بدتر است. به بیان ساده تر ، LoRaWAN در صورت نیاز به مسافت طولانی ، از توانایی های فوق العاده ای برخوردار است ، اما در مورد نرخ داده ها نمی تواند با Wi-Fi مقایسه شود. در نهایت ممکن است یکی از رقیبان احتمالی داده های سلولی باشد که دارای دامنه عالی و سرعت داده های خوبی است.
برای مطالعه بیشتر پیرامون LoRa اینجا کلیک کنید!