إنترنت الأشياء (LPWAN).: لماذا تعتبر شبكة LPWAN ضرورية في عالم إنترنت الأشياء؟ ?

It’s becoming harder to see a future without the Internet of Things in our daily lives. نحن نعتمد بشكل متزايد على المزيد من الكائنات التي تدعم شبكة الاتصالات, والتي لا يمكنها إرسال واستقبال البيانات فحسب، بل يمكنها أيضًا أداء مهام محددة. عالمنا مليء بأجهزة استشعار وكاميرات LPWAN IoT التي تنقل معلومات متنوعة, من مستوى تلوث الغلاف الجوي إلى حالة حركة المرور إلى تحديد الموقع الجغرافي للسكوتر والدراجة للاستخدام المشترك في الشوارع المأهولة بالسكان.

حقيقة أن إنترنت الأشياء أصبحت معيارًا في حياتنا اليومية تعني أن هناك عناصر تؤدي إلى النمو الهائل لنظامها البيئي. في الجهه المقلوبه, IoT’s network connectivity – a backbone of the Internet of Things – has been mainly stimulated by LPWAN IoT technology. يمكن ملاحظة انتشار هذه التكنولوجيا في تطوير إنترنت الأشياء بشكل رئيسي في القطاع الصناعي.

تتوقع تقارير السوق أن الأجهزة التي تدعم إنترنت الأشياء لا بد أن تزداد من 8.6 مليار ل 29.42 مليار (2019 – 2030), مع كون LPWAN IoT هو المحرك الرئيسي لهذا النمو. A recent market report that extensively analyzes LPWAN’s contribution to IoT growth estimates that the fastest-growing IoT communication technology within the next half-decade will be LPWAN. ويتوقع التقرير نفسه أن عدد أجهزة إنترنت الأشياء التي تستخدم LPWAN لا بد أن ينمو 109% كل سنة, يتجاوز مليار جهاز 2023.

فهم الشبكات واسعة النطاق ذات الطاقة المنخفضة

هذه هي تقنيات الراديو التي تدعم الاتصال اللاسلكي عبر مسافات طويلة. على عكس التقنيات اللاسلكية مثل Bluetooth وWi-Fi التي تنقل حزمًا كبيرة من البيانات عبر مسافات قصيرة, سترسل شبكات LPWAN حزمًا أصغر من البيانات ولكن عبر مسافات أكبر.

هناك طرق متعددة لتصميم ونشر شبكات LPWAN اعتمادًا على التطبيق المقصود. يمكن تصنيف شبكات LPWAN إلى فئتين: غير الخلوية والخلوية. تستخدم شبكات LPWAN الخلوية ترددات مرخصة مثل LTE-M وNB-IoT. في الجهه المقلوبه, تعمل شبكات LPWAN غير الخلوية ضمن نطاقات راديو ISM غير مرخصة مثل LoRa وSigfox. هذا الاختلاف يجعل التطبيق النهائي لكلا الفئتين مختلفًا تمامًا.

أمثلة على تقنيات إنترنت الأشياء LPWAN غير الخلوية الرائدة

Today’s most commonly used non-cellular protocols are Sigfox and LoRa.

استخدم Sigfox تعديل النطاق الضيق للغاية, والتي تعد من أكثر طرق نقل البيانات كفاءة. لكن, يمكنه فقط إرسال كميات صغيرة من البيانات (بقدر ما 12 بايت من البيانات). منذ أن تم تثبيت البروتوكول في جميع أنحاء البلاد, لقد كان له دور فعال في إنشاء تغطية واسعة النطاق لإنترنت الأشياء LPWAN عبر المدن الأمريكية الكبرى لأجهزة إنترنت الأشياء.

Sigfox devices don’t require access points or gateways since Sigfox-enabled devices can easily connect to the cloud through Sigfox towers – just like regular cell towers. نظرًا لأن Sigfox لديه معدل بيانات منخفض للغاية, إنه مخصص للتواصل من خلال البيئات الصاخبة والهواء الطلق. يعد هذا البروتوكول مثاليًا لأجهزة الاستشعار البسيطة التي قد تحتاج فقط إلى إرسال أو استقبال عدد صغير من الرسائل يوميًا, مثل أنظمة مراقبة الأحداث الطارئة وأجهزة الإنذار الأمنية.

لورا (طويلة المدى) يستخدم نظام تعديل طيف انتشار الغرد لنقل المعلومات الرقمية عبر مسافات طويلة. لوراوان, الذي بني على لورا, هو جهاز MAC متاح بشكل مفتوح (التحكم بالوصول إلى وسائط الإعلام) مواصفات الطبقة. إلى جانب نقل أحمال بيانات أكبر من Sigfox, LoRaWAN أيضًا مقاوم للتلاشي متعدد المسارات. يتطلب عرض نطاق ترددي أكبر من Sigfox نظرًا لنظام التعديل الخاص به, مما يجعلها مثالية لدعم عدد كبير من الأجهزة.

تقنيات إنترنت الأشياء غير الخلوية LPWAN البارزة

معايير LPWAN غير الخلوية البارزة الأخرى هي Weightless وIngenu. كبروتوكول مفتوح, انعدام الوزن متوافق مع العديد من النطاقات غير المرخصة. عديم الوزن سيج, المبدعين من الشبكة, صممت في الأصل ثلاثة معايير مختلفة لـ LPWAN; انعدام الوزن-N, انعدام الوزن-W, وانعدام الوزن-P. كل معيار له خصائصه الفريدة. لكن, يبدو أن الشركة قد حولت كل تركيزها إلى Weightless-P.

براعة RPMA (مرحلة عشوائية الوصول المتعدد) هو المعيار الآخر. يمكن أن تقدم الدعم لتقريبا 400,000 nodes per “sector’, مع كل ما يتطلب الحد الأدنى من نقاط الوصول. على عكس LoRa وSigfox, يستخدم البروتوكول المعايير المقبولة عالميًا 2.4 نطاق الترددات ISM جيجا هرتز. كما أنه يدعم نقل البيانات في اتجاهين عبر مناطق واسعة من التغطية. يدير Ingenu شبكة الأجهزة المتاحة للجمهور, والتي تستخدم لتقديم الخدمات ل 30+ مدن الولايات المتحدة.

Today’s Leading Cellular LPWAN IoT Technologies

تقوم شركات الاتصالات الخلوية بتقييم تقنيات الشبكات الحالية لتحديد كيفية استخدامها لتحسين وظائف إنترنت الأشياء. تقليديا, تم تصنيف الشبكات الخلوية على أنها شبكات تتطلب صيانة عالية واستهلاكًا كبيرًا للطاقة. اليوم, تخدم شركات الاتصالات الخلوية تطبيقات النطاق الضيق من خلال المعايير الخلوية الموجودة مسبقًا.

LTE-M (يُشار إليه بخلاف ذلك باسم LTE Cat-M1) يسمح لأجهزة إنترنت الأشياء بالاتصال مباشرة بالإنترنت بمساعدة شبكات LTE الحالية. الشبكة ليست فقط أقل تكلفة من شبكات الخلايا التقليدية, ولكنها أيضًا أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. It also holds the spot for today’s highest bandwidth LPWAN IoT technology.

إنترنت الأشياء ضيق النطاق (المعروف أيضًا باسم NB-IoT) يدعم تغطية منطقة واسعة منخفضة التكلفة مع الحفاظ على معدلات استهلاك منخفضة للطاقة. يتجنب NB-IoT التداخل مع البروتوكولات الأخرى من خلال العمل بشكل مختلف عن معايير LTE الأخرى. كما يتطلب أيضًا عرض النطاق الترددي المخصص له. LTE-M وNB-IoT هما من منتجات مشروع شراكة الجيل الثالث (3جي بي بي) وتعمل على الترددات المرخصة.

ما الذي يجعل LPWAN مثاليًا لأجهزة استشعار إنترنت الأشياء?

1. تغطية منطقة واسعة
يمكن أن تسمح شبكة LPWAN بالاتصال بجهاز إنترنت الأشياء عبر مسافات طويلة (3-20 كم). يعد هذا إنجازًا مثيرًا للإعجاب نظرًا لمتطلبات الطاقة المنخفضة بالفعل. لكن, تعتمد المسافة التي يمكنه التواصل بها إلى حد كبير على الكثير من العوامل. في المدن كثيفة البناء, يمكن LPWAN التواصل ل 2-5 كم, معتبرا أنه لا بد أن يكون هناك تداخل من المباني والكهرباء. المناطق ذات خط رؤية واضح, مثل المستوطنات الريفية, يمكن أن نتوقع نقل بيانات جهاز إنترنت الأشياء على مسافات أكبر (15-30 كم).

2. الاتصال المباشر بالسحابة
تستفيد بروتوكولات LPWAN من جيجا هرتز الفرعية الترددات التي تتصل بشكل مشابه بالشبكات الخلوية وتوفر اتصالاً طويل المدى. وهذا يعني بشكل أساسي أنه من الممكن وضع المحطات الأساسية أو البوابات على بعد كيلومترات من بعضها البعض. تسمح هذه البوابات لأجهزة إنترنت الأشياء بالاتصال بالسحابة دون أن يحتاج المستخدم إلى الاستثمار في أجهزة التوجيه قصيرة المدى أو عمليات الشبكة. بالمقارنة, بروتوكولات أخرى قصيرة المدى مثل Wi-Fi و زيجبي تتطلب بوابات وسيطة للحصول على بيانات جهاز إنترنت الأشياء في السحابة.

3. استخدام منخفض للطاقة
تؤثر كمية البيانات المرسلة وطريقة الإرسال على استخدام الطاقة لأجهزة إنترنت الأشياء. تميل أجهزة إنترنت الأشياء التي تعمل بموجب بروتوكول LPWAN إلى استخدام طاقة أقل مقارنة بالباقي. حتى أفضل, تميل أجهزة إنترنت الأشياء التي تستخدم البروتوكول إلى وضع السكون تلقائيًا عند عدم استخدامها. وهذا يساعد في الحفاظ على الشحن, ولهذا السبب يمكن استخدام الأجهزة لفترة طويلة (5-10 سنين).

4. انخفاض التكاليف
التكلفة الإجمالية لملكية الأنظمة البيئية لإنترنت الأشياء التي تعمل بموجب LPWAN منخفضة جدًا. منذ أن يعمل البروتوكول تحت طاقة منخفضة, ستحتاج فقط إلى الاستثمار في البطاريات منخفضة التكلفة. تميل هذه البطاريات إلى الاستمرار لفترة أطول, تقليل تكلفة الصيانة. أيضًا, ستكون هناك حاجة لعدد قليل من البوابات لتقديم الدعم الأمثل لنظام إنترنت الأشياء القائم على LPWAN, مما يقلل من تكاليف النشر.

أمثلة على تطبيقات إنترنت الأشياء التي تم تمكينها بواسطة LPWAN IoT

إن الطاقة المنخفضة والإمكانيات طويلة المدى لأجهزة LPWAN IoT تجعلها مثالية لتطبيقات متعددة. وتشمل بعض تطبيقاتهم:

• إدارة الأسطول: غالبًا ما يتعين على الشركات التي لديها أساطيل كبيرة أن تراقب أماكن تواجدها ومعدلات استخدامها الحالية. يمكن لأجهزة LPWAN IoT LW001-BG Pro مساعدة مديري الأسطول على تتبع الموقع المحدد للأصول, تحديد احتياجات الصيانة, ووضع أفضل الممارسات للاقتصاد في استهلاك الوقود.

• إدارة الأسطول: يمكن بسهولة استخدام أجهزة LPWAN لفرض السلامة والأمن في مكان العمل. يمكن وضع علامات على أجهزة إنترنت الأشياء على الأصول لتحديد مكانها ومن يستخدمها. في بيئات العمل الخطرة, يمكن لأصحاب العمل أن يقدموا للموظفين أزرار الذعر LW004-PB التي تعمل بتقنية LPWAN لتسهيل التواصل في حالة وقوع حوادث.

• الزراعة الذكية: تحدد أجهزة إنترنت الأشياء مستقبل الزراعة. أجهزة إنترنت الأشياء LW002-ث ويمكن توزيعها داخل المزارع والدفيئات الزراعية لمراقبة البيئة. يمكن برمجة أجهزة الاستشعار الخاصة بهم لتحريك بعض الأشياء في حالة كانت الرطوبة البيئية ودرجة الحرارة خارج المستويات الموصى بها.

• تمكين المدينة الذكية: من المفترض أن تحتوي المدن الذكية على العديد من أجهزة إنترنت الأشياء التي يمكنها التواصل مع بعضها البعض, من قيادة السيارات إلى أضواء المدينة. يمكن إطلاق أجهزة LPWAN IoT LW001-BG للمساعدة في التحكم الذكي في إشارات المرور, مواقف ذكية, وإدارة النفايات الذكية, على سبيل المثال لا الحصر، حالات الاستخدام المحتملة.

• أتمتة المنزل: كان الناس يتقبلون التشغيل الآلي للمنزل ببطء, من أنظمة المراقبة المنزلية الذكية إلى منظمات الحرارة الذكية. يمكن لقابس IoT MK103 أن يجعل الحياة في المنزل أسهل بفضل الأجهزة المترابطة. على سبيل المثال, يمكنك إطفاء إضاءة منزلك عن بعد, التحكم في درجات الحرارة, وتعيين نظام الأمان الخاص بك. هذا المزيج من الوظائف يجعل المنازل آمنة, مريح, ومريحة للعيش فيها.

• مصنع متصل بإنترنت الأشياء: يمكن للشركات أيضا استخدام LW001-BG Pro لتتبع وإدارة أجهزة إنترنت الأشياء الصناعية. ستساعد الأجهزة المستخدمين على الوصول إلى بيانات المقاييس الرئيسية, مثل كفاءة المعدات وبيانات القياس عن بعد. يمكنك استخدام هذه المعلومات للصيانة الوقائية للمعدات, تعزيز السلامة والأمن, وتحسين كفاءة المصنع, وكل ذلك يمكن القيام به عن بعد.

• ربط أنظمة الرعاية الصحية: أحدثت أجهزة LPWAN IoT ثورة في مدى سهولة تمكن المتخصصين الطبيين من تتبع صحة المرضى عن بعد, خاصة أثناء الوباء. يمكن للمرضى ارتداء LW004-CT لتسهيل مراقبة الصحة. في حالة وجود أي حالة شاذة, ستقوم الأجهزة بإرسال إنذار إلى الطبيب المختص لاتخاذ الإجراء المناسب. كما أنه يسهل تتبع المؤشرات الصحية للأشخاص الذين يعانون من حالات حرجة.

إنترنت الأشياء يخلق مستقبلًا أفضل

تحدد أجهزة إنترنت الأشياء مستقبل الاتصالات والأتمتة. مع تقنيات مثل LPWAN, ليس هناك ما يشير إلى المدى الذي يمكن أن تصلنا به هذه الأجهزة. قم بتطبيق أجهزة LPWAN IoT في حياتك أو عملك اليوم للاستمتاع بالمزايا التي تقدمها.