عندما يكون لديك شبكة واسعة بها أكوام من الأجهزة التي تحتاج إلى الاتصال ، فإن شبكة المنطقة الواسعة منخفضة الطاقة هي ما تحتاجه.
يستمر الإنترنت في النمو ، وإنترنت الأشياء (IoT) هو أحد المجالات التي تستمر في النمو بوتيرة سريعة. تقود شبكات المنطقة الواسعة منخفضة الطاقة (LPWANs) الكثير من هذا النمو ، وهو نوع من الاتصال منخفض الطاقة لشبكة واسعة النطاق مفيد لنشر واستخدام إنترنت الأشياء.
لذلك ، دعونا نلقي نظرة فاحصة على شبكات LPWAN وأنواع مختلفة من شبكات LPWAN وبعض الأمثلة الواقعية عن كيفية استخدامها.
ما هو إنترنت الأشياء؟
لفهم شبكات LPWAN ، يجب أن تفهم ما هو إنترنت الأشياء. لا نحتاج إلى تغطية هذا بعمق كبير ، ولكن القليل من المعرفة سيقطع شوطًا طويلاً عند المساعدة في فهم شبكات LPWAN.
يشير مصطلح إنترنت الأشياء إلى الأجهزة المادية المترابطة. تشمل هذه الأجهزة كل شيء من منظمات الحرارة الذكية في منزلك إلى مصابيح الشوارع الذكية في المدينة.
تتضمن بعض الأجهزة الشائعة التي تدعم إنترنت الأشياء ما يلي:
- أجهزة المنزل الذكية: ترموستات واضاءة وكاميرات مراقبة
- صناعي: أجهزة الاستشعار في تصنيع المعدات وأجهزة استشعار مراقبة المخزون
- مدينة ذكية: إنارة الشوارع وإشارات المرور والنقل العام
- زراعة: مجسات التربة والري الذكي ومراقبة الثروة الحيوانية
هذه فقط بعض الطرق التي يتم بها استخدام إنترنت الأشياء. ولكن ، لكي تعمل أنظمة إنترنت الأشياء ، يجب أن تكون متصلة ، وغالبًا ما تلعب شبكات LPWAN هذا الدور.
ما هو LPWAN؟
شبكة LPWAN هي شبكة اتصالات لاسلكية يمكنها توفير عرض نطاق ترددي منخفض وعمليات نقل بيانات منخفضة الطاقة عبر منطقة واسعة. نظرًا للمنطقة التي يمكن أن تغطيها شبكة LPWAN ، فهي مثالية لمساعدة شبكات إنترنت الأشياء على التواصل.
لا يحتوي LPWAN على مساحة ثابتة محددة يمكن تغطيتها. تعتمد التغطية على عدة عوامل ، بما في ذلك تقنية الإرسال وعدد أجهزة إنترنت الأشياء المتصلة ومعدلات البيانات المتاحة وغير ذلك. علاوة على ذلك ، تؤثر العوامل الأخرى على تغطية ونقل LPWAN ، مثل العوائق البيئية.
كيف تعمل شبكات LPWAN؟
تعد خصائص الطاقة المنخفضة لشبكات LPWAN هي المفتاح لوظائفها. غالبًا ما تكون أجهزة إنترنت الأشياء التي تعمل بالبطارية وأجهزة منخفضة استهلاك الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، تنقل معظم أجهزة إنترنت الأشياء كميات صغيرة من البيانات بمعدلات بت منخفضة. هذا يجعل شبكات LPWAN مثالية لتوصيل هذه الأجهزة عبر مسافات طويلة باستخدام الحد الأدنى من الطاقة.
تستخدم شبكات LPWAN في الغالب ترددات راديو غير مرخصة. هذا ينفي الحاجة إلى الترخيص ويقلل من التكاليف. تعتمد كيفية تشفير البيانات ونقلها على نوع LPWAN. ولكن في قلب كل نوع توجد تقنية تعديل مصممة لنقل البيانات عبر مسافات طويلة مع الحد الأدنى من التداخل.
تتضمن بعض الطرق المستخدمة لتحقيق ذلك ما يلي:
- استخدام أكواد تصحيح الأخطاء
- انتشار الإشارة (ينشر الإشارة عبر نطاق تردد واسع)
- تخفيض معدل البيانات
من المفيد جدًا التفكير من حيث صنبور الماء. قم بتشغيله بالكامل ، وسيكون لديك تدفق قوي ؛ يمكن تشبيه ذلك بشبكة واسعة النطاق تقليدية (WAN) بها الكثير من البيانات (المياه) تتدفق بسرعة كبيرة. الجانب السلبي هو أن هذا يتطلب الكثير من القوة للحفاظ على استمرار التدفق.
قلل هذا التدفق إلى تقطير ثابت ، ولديك LPWAN. سيظل الماء يسير على نفس المسافة ، لكن القليل من الطاقة مطلوب للحفاظ على تدفق القطرات.
3 الفوائد الرئيسية لشبكات LPWAN
يمكن تلخيص سبب استخدام شبكات LPWAN لتوصيل أجهزة إنترنت الأشياء من خلال النظر في ثلاث مزايا رئيسية توفرها هذه الأنواع من الشبكات.
- يكلف: تكلفة شبكة LPWAN أقل من تكلفة شبكة WAN التقليدية. من وجهة نظر تكلفة الأجهزة والتنفيذ ، توفر شبكات LPWAN حل اتصال منخفض التكلفة.
- يتراوح: يختلف نطاق LPWAN اعتمادًا على عوامل مثل الهيكل ومتطلبات التصميم والظروف البيئية والتداخل. قد تعمل الشبكة النموذجية على مدى ستة أميال تقريبًا. ولكن كما سننظر في القسم التالي ، فإن بعض أنواع LPWAN تتباهى بمدى أقصى يبلغ حوالي 25 ميلاً.
- قوة: عادةً ما تكون أجهزة الإرسال والاستقبال LPWAN وأجهزة الاستشعار والعناصر الأخرى أجهزة منخفضة الطاقة. على سبيل المثال ، يتم تشغيل العديد منها بالبطاريات ، ومن الشائع قياس متوسط العمر المتوقع للبطارية بالسنوات.
تساهم هذه السمات في استيعاب شبكات LPWAN باعتبارها الشكل الرئيسي للاتصال لملايين أجهزة إنترنت الأشياء.
الأنواع الرئيسية لـ LPWAN
هناك عدة أنواع مميزة من LPWAN. يعتمد نوع LPWAN الذي تختاره على عدة عوامل. على سبيل المثال ، يتميز نوع Sigfox من LPWAN بمدى يصل إلى 25 ميلاً ؛ هذا يجعلها مفيدة عندما تكون الأجهزة متناثرة على مدى طويل.
فيما يلي بعض الأنواع الأكثر شيوعًا من LPWAN:
- لوراوان: يستخدم هذا تقنية تسمى Chirp Spread Modulation لتحقيق اتصال بعيد المدى. تسمح نفس التقنية بتحقيق ذلك باستهلاك منخفض جدًا للطاقة. تقدم LoRaWANs العديد من الفوائد ، بما في ذلك التكاليف المنخفضة وقابلية التوسع. كما أن لديها دعمًا لميزات تحديد الموقع الجغرافي والتواصل ثنائي الاتجاه.
- NB-IoT: هذا هو LPWAN الذي يعمل عبر الشبكات الخلوية. وهذا يسمح لها بالحفاظ على الميزات المحددة لشبكة LPWAN ولكن لها فوائد إضافية تتمثل في زيادة معدلات البيانات وتحسين الأمان.
- سيجفوكس: Sigfox هي خدمة LPWAN مملوكة وتتميز بتغطية عالمية. يستخدم تعديل النطاق الضيق للغاية لتلبية متطلبات النطاق والطاقة للأجهزة المتصلة ، وفي الظروف المثلى ، يمكنه تحقيق مدى يصل إلى 25 ميلاً.
- عديم الوزن: يحقق Weightless أهداف LPWAN الخاصة به المتمثلة في الاتصال لمسافات طويلة ومنخفضة الطاقة باستخدام تعديل تردد النطاق العريض وتعدد الإرسال المتعامد. هذه خدمة أخرى لها تغطية عالمية.
كما ترى ، هناك طرق مختلفة حول كيفية تحقيق أهداف شبكة LPWAN. ومع ذلك ، فإن الكثير مما يدفع اختيار LPWAN يرجع إلى الوظائف التي يُتوقع أن تخدمها ، والتي يمكن فهمها بشكل أفضل من خلال النظر في بعض الطرق التي يتم بها استخدام شبكات LPWAN.
ما هي LPWANs المستخدمة؟
لقد تطرقنا بالفعل إلى هذا ، ولكن أفضل طريقة لفهم كيفية عمل شبكات LPWAN تمامًا هي مناقشة بعض سيناريوهات العالم الحقيقي حيث يتم استخدام أجهزة إنترنت الأشياء.
المدن الذكية
تستخدم المدن شبكات LPWAN بشكل متزايد لتحقيق تأثير كبير. تتضمن بعض الطرق الشائعة التي يتم استخدامها بها ما يلي:
- إنارة الشوارع الذكية: تستخدم مصابيح الشوارع الذكية شبكات LPWAN لعدة استخدامات. الأكثر شيوعًا هو توفير الطاقة عن طريق ضبط سطوع الأضواء اعتمادًا على عوامل مثل الظروف المناخية والوقت من اليوم ومستوى النشاط في الشارع.
- إشارات المرور الذكية: يتم استخدامها لتخفيف الازدحام من خلال إعطاء الأولوية لإشارات المرور لتحسين تدفق حركة المرور
- المواقف الذكية: يمكن استخدام أجهزة الاستشعار لمراقبة توافر أماكن وقوف السيارات.
تم تصميم الانتقال إلى مدن أكثر ذكاءً لتحسين نوعية حياة السكان وتقليل البصمة الكربونية وفواتير الطاقة للبلديات.
زراعة
الزراعة هي قطاع آخر شهد زيادة سريعة في استخدام أجهزة إنترنت الأشياء وشبكات LPWAN. فيما يلي بعض الطرق التي تساعد بها شبكات LPWAN المزارعين:
- مراقبة التربة: يمكن لشبكات LPWAN وأجهزة الاستشعار مراقبة ظروف التربة مثل الرطوبة ودرجة الحرارة. يتيح ذلك للمزارعين توفير المياه عن طريق الري فقط حيثما ومتى تطلب الأمر.
- مراقبة الثروة الحيوانية: يمكن استخدام موقع الماشية بواسطة أجهزة الاستشعار المتصلة بشبكة LPWAN.
هذا قطاع آخر حيث يمكن لـ LPWAN خفض التكاليف وتقليل التأثير البيئي للممارسات الزراعية.
الرعاىة الصحية
تعمل شبكات LPWAN على تغيير الرعاية الصحية والطريقة التي نراقب بها المرضى والظروف. من بين استخدامات التكنولوجيا:
- تقديم معلومات في الوقت الحقيقي عن حالة المريض الصحية باستخدام أجهزة مراقبة المريض عن بعد
- تتبع حالة وموقع المعدات
- مراقبة وتعديل الظروف البيئية داخل مؤسسات الرعاية الصحية
بشكل عام ، يمكن أن تساعد LPWANS في تبسيط علاج المرضى وتقليل النفقات العامة في نفس الوقت.
LPWANs: بطيئة وثابتة يفوز بالسباق
LPWANs هم الأبطال المجهولون لعالم متصل بشكل متزايد. باستخدام نهج بطيء وثابت لنقل البيانات ، تجعل هذه الشبكات مدننا أكثر ذكاءً ، ومنازلنا أكثر أمانًا ، وزراعتنا أكثر كفاءة.
إن قوة المعلومات لا تتعلق فقط بـ "البيانات الضخمة" ؛ في بعض الأحيان ، الأشياء الصغيرة في الحياة مهمة.
