LPWAN هي اختصار لـ Low Power Wide Area Network (شبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة)، وهي تقنية اتصالات مصممة لتمكين البث بعيد المدى بأقل استهلاك للطاقة. تكمن أهميتها في مجال الاتصالات الحديثة في قدرتها على ربط العديد من الأجهزة بكفاءة، مما يجعلها ركيزة أساسية لإنترنت الأشياء (IoT) والاتصالات بين الآلات (آلة إلى آلة).رجل إلى رجل) التطبيقات.
أهمية LPWAN
مع تزايد الطلب على الاتصالات منخفضة الطاقة وطويلة المدى، تبرز شبكات LPWAN كحلٍّ أساسي لأجهزة إنترنت الأشياء التي تحتاج إلى نقل كميات صغيرة من البيانات عبر مسافات طويلة. توفر شبكات LPWAN مزايا متنوعة في مختلف القطاعات، بما في ذلك انخفاض تكاليف التشغيل وتعزيز الاتصال، وهما أمران حيويان لتطبيقات المدن الذكية والزراعة والخدمات اللوجستية.
ماذا تعني LPWAN؟
طاقة منخفضة:يشير إلى قدرة التكنولوجيا على العمل باستخدام الحد الأدنى من الطاقة، مما يؤدي إلى إطالة عمر بطارية الجهاز.
منطقة واسعة:يشير إلى نطاق التغطية الواسع، مما يسمح للأجهزة بالتواصل على مسافة عدة كيلومترات.
شبكة:يمثل النظام المترابط الذي يسهل الاتصال بين الأجهزة.
يساهم كل جانب من جوانب LPWAN في وظائفها الشاملة، مما يتيح نقل البيانات بكفاءة عبر بيئات متنوعة.
الميزات الرئيسية لشبكة LPWAN
استهلاك منخفض للطاقة
تتيح تقنية LPWAN للأجهزة العمل لسنوات باستخدام بطارية واحدة، مما يقلل بشكل كبير من جهود الصيانة والتكاليف.
القدرات بعيدة المدى
يمكن لشبكة LPWAN التواصل بشكل فعال عبر مسافات تتراوح من 2 إلى 15 كيلومترًا في المناطق الحضرية وما يصل إلى 50 كيلومترًا في المناطق الريفية، مما يجعلها مناسبة للنشر على نطاق واسع.
قابلية التوسع
تدعم تقنية LPWAN عددًا كبيرًا من الأجهزة داخل شبكة واحدة، مما يستوعب النمو الهائل لتطبيقات إنترنت الأشياء دون المساس بالأداء.
أنواع تقنيات LPWAN
تُعدّ تقنيات شبكات LPWAN محورية في مجال اتصالات إنترنت الأشياء (IoT)، إذ تُقدّم حلولاً مُصمّمة خصيصاً لتطبيقات مُختلفة. يُمكن تصنيفها إلى مجموعتين رئيسيتين بناءً على نطاقها التشغيلي: تلك التي تستخدم نطاقاً غير مُصرّح به، مثل LoRa وSigfox، وتلك التي تستخدم نطاقاً مُصرّحاً به بموجب معايير 3GPP، مثل NB-IoT. لكلٍّ من هذه التقنيات ميزات وفوائد فريدة تجعلها مُناسبة لحالات استخدام مُحدّدة.
نظرة عامة على التقنيات الشائعة
- لورا (طويلة المدى):
- ملخصطورت شركة Semtech نظام LoRa، وهو يستخدم طيفًا غير مرخص لتسهيل الاتصالات بعيدة المدى. يتضمن تصميمه عقدًا طرفية وبوابات وخوادم شبكة، مما يتيح نقل البيانات بكفاءة مع الحد الأدنى من استهلاك الطاقة.
- الميزات الرئيسيةتشتهر تقنية LoRa بقدرتها على التغطية الواسعة، مما يجعلها مثالية لتطبيقات مثل قراءة العدادات الذكية، وتتبع المركبات، والزراعة الذكية. وتُعد قدرة هذه التقنية على العمل لسنوات طويلة باستخدام طاقة البطارية دون الحاجة إلى استبدالها ميزةً كبيرة.
- حالات الاستخدام:يتم استخدام LoRa على نطاق واسع في المدن الذكية والخدمات اللوجستية ومراقبة البيئة، حيث تعد الاتصالات طويلة المدى واستخدام الطاقة المنخفضة أمرًا ضروريًا.
- إنترنت الأشياء ضيق النطاق (NB-IoT):
- ملخص:أ خلوي تقنية إنترنت الأشياء ضيقة النطاق (NB-IoT) المُوَحَّدة بمعايير مشروع شراكة الجيل الثالث (3GPP)، تعمل ضمن نطاقات تردد مُرَخَّصة. صُمِّمَت خصيصًا للتطبيقات منخفضة الطاقة والنطاق الترددي، مما يجعلها منافسًا قويًا في سوق شبكات LPWAN.
- الميزات الرئيسيةيدعم إنترنت الأشياء ضيق النطاق (NB-IoT) عددًا كبيرًا من الاتصالات المتزامنة، ويوفر تغطية ممتازة، حتى في البيئات الصعبة. تُعدّ هذه التقنية مناسبة بشكل خاص للمرافق الذكية والخدمات العامة.
- حالات الاستخدام:تشمل التطبيقات القياس الذكي، ومواقف السيارات الذكية، ومراقبة البيئة، مع انتشار كبير في الصين وأوروبا.
- سيج فوكس:
- ملخصتأسست شركة سيج فوكس في فرنسا، وتهدف إلى إنشاء شبكة عالمية للأجهزة منخفضة الطاقة باستخدام تقنية فريدة للنطاق الضيق للغاية (UNB). تعمل سيج فوكس ضمن نطاق ترددي غير مرخص، وتشتهر ببساطتها وفعاليتها من حيث التكلفة.
- الميزات الرئيسيةشبكات Sigfox مصممة للتعامل مع معدلات بيانات منخفضة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب نقل حزم بيانات صغيرة بشكل غير متكرر. وتُقلل معالجتها السحابية من تعقيد الأجهزة واستهلاك الطاقة.
- حالات الاستخدام:تتضمن التطبيقات الشائعة تتبع الأصول، والقياس الذكي، والخدمات اللوجستية، وخاصة في المناطق التي تتمتع بتغطية شبكة Sigfox.
لورا مقابل إنترنت الأشياء ضيق النطاق مقابل سيجفوكس
| إنترنت الأشياء ضيق النطاق | لوراوان | سيج فوكس | |
|---|---|---|---|
| هيئة المواصفات | 3GPP | تحالف لورا | الملكية |
| نطاق التردد | نطاقات LTE المرخصة | فرق ISM غير المرخصة | فرق ISM غير المرخصة |
| أقصى مدى | حوالي 10 كم | حوالي 15 كم | حوالي 40 كم |
| استهلاك الطاقة | قليل | قليل | منخفض للغاية |
| معدل الإنتاج | 1 ميجابايت في الثانية | 50 كيلوبت في الثانية | 600 بت في الثانية |
| عمر بطارية الجهاز | 10+ سنوات | 15+ سنة | 15+ سنة |
| الاتصالات ثنائية الاتجاه | نعم | نعم | نعم |
| حماية | 3GPP (128-256 بت) | AES 128 بت | AES 128 بت |
| التوطين | نعم | نعم (TDOA) | نعم (RSSI) |
| يكلف | معتدل | قليل | قليل |
خاتمة
باختصار، تلعب شبكات LPWAN دورًا محوريًا في مجال الاتصالات الحديثة، حيث تدعم مجموعة واسعة من تطبيقات إنترنت الأشياء (IoT) والاتصالات بين الأجهزة (M2M). إن استهلاكها المنخفض للطاقة، وقدراتها بعيدة المدى، وقابليتها للتوسع تجعلها خيارًا مثاليًا لمختلف القطاعات. وبينما تكتسب تقنية إنترنت الأشياء ضيقة النطاق (NB-IoT) زخمًا متزايدًا بفضل دعم مشغلي الاتصالات وأدائها القوي، تواصل تقنيات مثل LoRa وSigfox ترسيخ مكانتها في مجالات محددة، حيث توفر ميزاتها الفريدة مزايا مميزة.
