اینترنت اشیا (IoT) به شبکه ای از دستگاه های متصل گفته می شود که می توانند بدون دخالت انسان داده ها رو جمع آوری، ارسال و تحلیل کنند. این فناوری به راحتی دنیای ما رو هوشمندتر کرده و کاربردهای زیادی توی زمینه های مختلف مثل سلامت، کشاورزی، حمل و نقل و خانه های هوشمند ایجاد کرده.
یکی از بزرگترین چالش های اینترنت اشیا، برقراری ارتباط مؤثر بین دستگاه های مختلف در یک شبکه است. ارتباطی که هم هزینه اش پایین باشه، هم پایدار باشه و هم برای دستگاه های با محدودیت انرژی مناسب باشه. به همین علت انتخاب پروتکل مناسب امری بسیار ضروری و مهم خواهد بود.
اهمیت ارتباط دستگاه ها در شبکه اینترنت اشیا
برای اینکه متوجه بشید ارتباطات در اینترنت اشیا چقدر مهمه، تصور کنید که توی یک مزرعه صدها سنسور داریم که دما، رطوبت و سطح آب دریاچه رو اندازه‌گیری میکنن. این سنسورها باید اطلاعاتشون رو مدام به سرور ارسال کنن. اما چالش اینجاست که چطور میتونیم این داده هارو رو با کمترین مصرف انرژی و در فواصل طولانی و با اطمینان بالا منتقل کنیم؟
علت اینکه طولانی بودن مسافت برای ارسال داده ها چالش به حساب میاد، واضح هست: سنسورها و دستگاه ها در یک مزرعه با مساحت بزرگ پراکنده هستند و ممکنه در فواصل زیادی از هم قرار بگیرند. این باعث میشه که استفاده از پروتکل هایی مثل وای‌فای که برد کوتاه تری دارند، مناسب نباشه. در چنین شرایطی، باید از پروتکل ها و فناوری هایی استفاده کرد که برای فواصل طولانی طراحی شدن.
چالش مصرف انرژی هم به همین دلیل پیش میاد که در مزارع تأمین برق می تونه کار سخت و پیچیده ای باشه. برق رسانی به همه دستگاه ها در یک فضای وسیع، به ویژه وقتی که دستگاه ها در شرایط محیطی مختلف (مثل دمای بالا یا پایین) کار میکنن، ممکنه نیاز به زیرساخت های پیچیده و پرهزینه داشته باشه. به همین دلیل، برای پیاده سازی پروژه های اینترنت اشیا در چنین فضاهایی، باید از دستگاه ها و پروتکل هایی استفاده کنیم که انرژی کمتری مصرف کنن.
به عنوان مثال، یکی از ایده آل ترین ویژگی ها اینه که دستگاه ها بتونن برای مدت های طولانی، حتی چند سال، بدون نیاز به تعویض باتری یا انجام کار خاصی، به کار خودشون ادامه بدن. این یعنی دستگاه ها باید طوری طراحی بشن که مصرف انرژی بسیار پایینی داشته باشن، به طوری که مالکان مزرعه نیازی به مداخله مکرر در نگهداری و تعویض باتری ها نداشته باشن.
ارتباطات مؤثر در اینترنت اشیا باید سه ویژگی مهم داشته باشن:
پوشش گسترده: دستگاه ها باید بتونن داده ها رو در فواصل طولانی ارسال کنن.
مصرف انرژی پایین: چون خیلی از دستگاه ها با باتری کار میکنن، باید ارتباطات کم مصرف باشه.
هزینه مناسب: ارتباطات باید به صرفه باشه تا بشه ازش توی مقیاس بزرگ استفاده کرد.
معرفی شبکه های بیسیم معروف
برای ارتباط در اینترنت اشیا، فناوری های مختلفی با توجه به مکان و شرایط محل پیاده سازی پروژه مورد استفاده قرار میگیرن
Wi-Fi : سرعت بالا ولی مصرف انرژی زیاد و برد محدود.
Bluetooth : مناسب برای ارتباطات نزدیک، مثل دستگاه های پوشیدنی.
Zigbee: برای شبکه‌های محلی کوچیک و کم‌مصرف.
Cellular(5G-4G): پوشش وسیع ولی هزینه بالاتر
LoRa و LoRaWAN: برای ارتباطات با برد زیاد با مصرف انرژی خیلی کم.
معرفی LoRa و LoRaWAN
حالا می خوام درباره LoRa و LoRaWAN صحبت کنم که این روزها خیلی محبوب شدن. این فناوری ها مخصوص اینترنت اشیا طراحی شدن و می تونن به راحتی مشکلات ارتباطی این حوزه رو تا حد خیلی زیادی حل کنن.
LoRa چیست؟
LoRa یا Long Range هست و یه تکنولوژی مدولاسیونی به حساب میاد که امکان ارتباط در فواصل خیلی طولانی رو فراهم می کنه. این فناوری از طیف فرکانسی که برای استفاده عموم آزاد است که اصطلاحا به آن ها ISM Band نیز می گویند مثل 915 MHz یا 868MHz استفاده می کنه و می تونه داده ها رو حتی تا چندین کیلومتر (در مناطق شهری) هم ارسال کنه.
منظور از تکنولوژی مدولاسیونی چیه ؟
در واقع، LoRa یک تکنولوژی سخت افزاری است که در لایه فیزیکی (پایین‌ترین لایه در مدل OSI) قرار دارد. این به این معناست که LoRaمستقیماً به نحوه ارسال و دریافت سیگنال های رادیویی (و نه نحوه پردازش داده ها) مربوط می شود. بنابراین، هر دستگاهی که از LoRaبرای ارسال دادهه ا استفاده می کند، نیاز به سخت افزار خاصی دارد که این تکنولوژی را پشتیبانی کند.
در نتیجه، LoRa بیشتر از آنکه یک پروتکل ارتباطی نرم افزاری باشد، یک تکنولوژی ارتباطی سخت افزاری است که اجازه می دهد داده ها با مصرف انرژی کم و در فواصل طولانی به صورت رادیویی منتقل شوند.
ویژگی های اصلی LoRa:
مصرف انرژی پایین: برای دستگاه های که با باتری کار میکنن خیلی مناسبه
برد طولانی: حتی تا 15 کیلومتر در مناطق باز
ایمن: با استفاده از الگروتیم های رمزنگاری، اطلاعات رو امن نگه می داره.
LoRaWAN چیست؟
LoRaWANا استاندارد ارتباطی ایه که بر پایه LoRa ساخته شده و به مدیریت دستگاه ها توی یک شبکه کمک می کنه. این پروتکل همه نیازهای یک شبکه اینترنت اشیا با پوشش گسترده و مصرف انرژی پایین رو برطرف میکنه.
ویژگی های LoRaWAN
ساختار شبکه شامل سه بخش اصلی
دستگاه های پایانی (End Devices) مثل سنسورها
گیت وی (Gatewaye): داده هارو از دستگاه ها جمع آوری کرده و به سرور میفرسته
سرور شبکه (Network Server): داده هارو مدیریت و به اپلیکیشن می فرسته
ارتباط دو طرفه: دستگاه ها داده ارسال کنن و هم داده دریافت کنن
مقیاس پذیری: برای شبکه های بزرگ مناسب است
رمزنگاری قوی: از الگوریتم AES-124 برای رمزنگای داده ها استفاده میکند
مودهای کاری متنوع برای نحوه عملکرد دستگاه: LoRaWAN به دستگاه ها این امکان را می دهد که با توجه به نیاز خود، از مودهای مختلفی برای مصرف انرژی استفاده کنند. این مودها می توانند شامل حالت هایی با مصرف انرژی پایین تر یا حالت هایی با عملکرد بهتر باشند.
کاربردهای LoRa و LoRaWAN
کشاورزی هوشمند: برای نظارت بر شرایط خاک، دما و رطوبت.
شهرهای هوشمند: برای مدیریت روشنایی خیابان ها، پارکینگ ها و جمع آوری زباله ها.
سلامت: برای نظارت از راه دور بر وضعیت بیماران.
صنعتی: برای پایش تجهیزات و ایمنی کارگران.
و اما
در نهایت، LoRa وLoRaWAN یکی از بهترین گزین ها برای ارتباطات در اینترنت اشیا هستن. این فناوری ها با مصرف انرژی کم، برد طولانی و امنیت بالا، شبکه های پایدار و گسترده ای رو برای شما فراهم می کنن. اگر در حال کار روی پروژه ای توی حوزه اینترنت اشیا هستید، LoRa و LoRaWAN می تونن انتخاب عالی برای ارتباطات شما باشن.
اگه به مباحث اینترنت اشیا و هوشمند سازی انرژی علاقه دارید یه سر به سایت سامون بزنید.
