aisa smarthome
LPWAN

کاربرد شبکه LPWAN

مقدمه

انواع LPWAN وجود دارد که در طیف بدون مجوز (رایگان برای همه کاربران) عمل می‌کنند که به نفع کاربران نهایی است. این تکنولوژی‌ها دارای سخت‌افزار ارزان‌تر هستند و اجازه می‌دهند کاربر نهایی سفارشی‌سازی بیشتری داشته باشد.

شبکه LPWAN و زیرساخت اینترنت اشیا

اینترنت اشیا (IoT) به ارتباطات معتبری برای ایجاد شبکه‌ها و به اشتراک‌گذاری داده‌ها نیاز دارد. با توجه به طیف گسترده‌ای از موارد استفاده، برنامه‌ها و الزامات، طیف وسیعی از فناوری‌های ارتباطی نیز وجود دارند که اپراتورها، توسعه دهندگان و شرکت‌ها / مشتریان می‌توانند انتخاب کنند. درک ویژگی‌های مختلف گزینه‌های ارتباطات ضروری است. در ادامه در مورد برخی از مهمترین جزئیات گزینه‌های بی‌سیم IoT مورد بررسی قرار می‌گیرد.

شبکه‌های بنیادین

فناوری‌های ارتباطی IoT به‌طور گسترده‌ای به دو دسته شبکه‌های سلولی و شبکه‌های LPWAN بدون مجوز تقسیم می‌شوند. تکنولوژی شبکه‌های سلولی IoT ، اعتبار خود را از طریق زیرساخت‌های نسبتاً سازگار و استاندارد شده تضمین می‌کند. آنها عموماً از داده‌های بزرگتر، عمر باتری کمتر و سخت‌افزار ارزان‌تر پشتیبانی می‌کنند. در نتیجه، راهکارهای IoT مبتنی شبکه‌های سلولی به‌طورکلی توسط اپراتورهای بزرگ و دسترسی به طیف مجاز و طرح‌های سخت‌افزاری ارائه شده است.

انواع LPWAN وجود دارد که در طیف بدون مجوز (رایگان برای همه کاربران) عمل می‌کنند که به نفع کاربران نهایی است. این تکنولوژی‌ها دارای سخت‌افزار ارزان‌تر هستند و اجازه می‌دهند کاربر نهایی سفارشی‌سازی بیشتری داشته باشد.

IoT مبتنی بر شبکه‌ی سلولی

شهر هوشمند اینترنت اشیا

دو نوع اتصال اصلی IoT سلولی وجود دارد: IoT باند باریک (NB-IoT) و (IoT رده‌ی M1 (Cat-M1 . هر دو مبتنی بر استانداردهای شبکه‌ی سلولی هستند، با ای تفاوت که NB-IoT پهنای باند بسیار کوچکتر و در نتیجه قدرت انتقال کمتری از Cat-M1 دارد.
هر دو فناوری IoT سلولی دارای برد بسیار طولانی هستند. NB-IoT از لحاظ تئوری قادر به پوشش محدوده تا 100 کیلومتر است. استفاده از استانداردهای جهانی شبکه‌های سلولی به این معنی است که سخت‌افزار آن‌ها به آسانی عرضه می‌شود، طول عمر دستگاه بیشتر است و اطمینان بیشتری توسط اپراتورهای شبکه در مقایسه با LPWAN بدون مجوز تضمین می‌شود.

برای اکثر برنامه‌های IoT، NB-IoT ارجحیت بیشتری از Cat-M1 دارد. نرخ داده‌های ارائه شده توسط Cat-M1 غیرضروری است و ممکن است هزینه‌های بیشتری را تحمیل کند. بااین‌حال، Cat-M1 پشتیبانی از تحرک را فراهم می‌کند، به این معنی که بیشتر برای شبکه‌های بزرگ با گره‌های پویا مثل حمل و نقل و سناریوهای کنترل ترافیک مناسب است. Cat-M1 همچنین امکان انتقال داده‌های صوتی را فراهم می‌آورد که یک مزیت عمده برای اپلیکیشن‌های مانند پاسخ اضطراری است.

سخت‌افزار مبتنی بر شبکه‌ی سلولی IoT (یعنی ماژول مورد استفاده برای اتصال یک دستگاه به شبکه وسیع‌تر) نسبت به LPWAN (حدود 10 دلار برای هر ماژول در مقابل 2 دلار) گرانتر می‌شود علاوه بر این، به دلیل اینکه آنها می‌توانند در زیرساخت‌های سلولی قرار گیرند، پوشش تلفن همراه موجود می‌تواند به اپلیکیشن‌های اینترنت اشیا (IoT) امکان دسترسی سریع و بدون نیاز به استفاده از نقاط دسترسی اختصاصی را بدهد.

LPWAN بدون مجوز

LPWAN های بدون مجوز به‌طور خاص برای شبکه‌های سفارشی اینترنت اشیا (IoT) با تأکید بر نرخ داده کم، عمر باتری، و پوشش طولانی / گسترده طراحی شده‌اند. آنها مشابه با وای‌فای در مقیاس بزرگتر هستند. دو نوع اصلی از LPWAN بدون مجوز LoRa و SigFox هستند. هر دو از شرکت‌های فرانسوی ساخته شده‌اند و به‌طور خاص برای دستگاه‌های با برد وسیع، سرعت کم و عمر باتری طولانی طراحی شده‌اند. محدوده پوشش دهی آن‌ها می‌تواند تا 10 کیلومتر یا بیشتر باشد. در مقایسه با گزینه‌های شبکه‌های سلولی، هزینه‌های اتصال دستگاه برای این گونه‌ها به‌طورکلی ارزان‌تر است (حدود 2 دلار برای هر ماژول، گاهی کمتر)، و آنها را برای برنامه‌های محلی و یا در مقیاس کوچک جذاب‌تر می‌سازند.

استفاده از IoT برای صنایع مختلف که همه آنها از لحاظ عمر باتری، محدوده، داده‌ها و هزینه‌ها متفاوت است. به این معنی است که برخی از فناوری‌های اتصال IoT برای صنایع خاص مناسب‌تر از دیگران هستند.

سایر گزینه‌های موجود برای شبکه‌های IoT

چندین شبکه‌ی دیگر برای دستگاه‌های موجود وجود دارد، بعضی از آنها که قبلاً کارایی خود را ثابت کرده‌اند، برای برنامه‌های موجود استفاده می‌شوند. Wi-Fi، بلوتوث، NFC، ZigBee و ماهواره از جمله تکنولوژی‌های بی‌سیم رایج هستند که لوازم روزمره مانند سیستم‌های سرگرمی خانگی، دستگاه‌های پزشکی، گوشی‌های هوشمند و درب بازکن‌ها را به یکدیگر مرتبط می‌کنند. یک سیستم IoT واقعی ترکیبی کارآمد از فناوری‌های مختلف شبکه‌های اتصال را با استفاده از ابزارهای مختلف برای حل مشکلات خاص در یک شبکه ترکیبی، شامل می‌شود.

گزینه‌های ارتباطی در شهرهای هوشمند

LoRaWAN

بر اساس آخرین تحقیقات انجام شده، انتظار می‌رود ارزش سهام بازارهای هوشمند از 308 میلیارد دلار در سال 2018 به 717.2 میلیارد دلار تا سال 2023 افزایش یابد. با توجه به این ارقام پیش‌بینی می‌شود که صنعت در سال‌های آینده رشد چشمگیری داشته باشد. در این راستا، کمپانی فورد درباره‌ی به کارگیری فناوری سلولی در تمامی خودروهای جدید خود در ایالات متحده که از سال 2022 آغاز می شود، صحبت کرده است. این وسایل نقلیه ممکن است نیاز به زیرساخت‌های شهر هوشمند داشته باشد تا سطح قابل توجهی از هوشمندی و قابلیت های کلیدی خود را نشان دهند.

بدین ترتیب شهرهای هوشمند با راهکارهای اینترنت اشیا (IoT) که شامل موارد زیر می‌شوند، افزایش می‌یابد:

  • حسگرهای واقع در زیرساخت‌های شهر هوشمند برای دریافت اطلاعات مختلف شهر
  • پلتفرم شهر هوشمند مسئول تجزیه و تحلیل داده ها از سنسورها، اعلان فعالیت‌ها به محرک‌ها و ارائه تصاویر به کاربران است
  • اتصال بی‌سیم و انعطاف پذیر شبکه که یکی دیگر از مهم‌ترین اجزا تضمین کننده ارتباط بین سنسورها و پلتفرم است

طراحی شبکه‌های ارتباطی می‌توانند منجر به موفقیت و یا حتی شکست پروژهای شهر هوشمند شوند. به عنوان مثال، انتخاب هوشمندانه شبکه‌ی ارتباطی باید برای ایجاد یک راهکار پایدار و طولانی مدت انجام شود. در این مقاله برخی از ملاحظات کلیدی در انتخاب شبکه مناسب برای یک راهکار شهر هوشمند بررسی می‌شود.

اکثر کشورها به سختی تلاش می‌کنند که زندگی شهری را بهتر و کارآمدتر کنند. راهکارهایی در این رابطه با استفاده از تکنولوژی‌های قابل دسترس سلولی پیشنهاد شده‌اند و برخی از آنها ممکن است در کشورهای مختلف مستقر شوند. اکثر کشورها در حال حاضر پوشش گسترده‌ای از پیشرفت بلند مدت (LTE) را در اکثر شهرهایشان دارند، که می‌تواند برای اتصال به این راهکارهای جدید استفاده شود.

اکثر ساختمانها از پوشش وای‌فای همه‌جا استفاده می‌کنند که می‌تواند سریعترین راه برای راه‌اندازی راهکارهای هوشمندانه شهر باشد. برخی ممکن است راه‌حل‌های ترکیبی را با استفاده از SMS برای انتقال اطلاعات از حسگرها به پلتفرم از طریق یک شبکه GSM یا CDMA ترجیح دهند. این شبکه‌های بی‌سیم می‌توانند ارتباطات مورد نیاز برای ارائه‌ی راهکارهای متناسب با شهر هوشمند را فراهم کند، که معمولا بیت‌های کوچکی از اطلاعات مربوط به حالت‌های شرایط مختلف است.

مزیت استفاده از شبکه‌های قابل دسترس وای‌فای در این است که آنها در حال حاضر اکثر مناطق را پوشش می‌دهند. و بنابراین هر سازمان می‌تواند از راهکارهای شهر هوشمند بدون نیاز به سرمایه گذاری‌های بزرگ در زیرساخت شبکه استفاده کند. این می‌تواند سازمان‌های بیشتری را برای کمک به ساختن شهرهای هوشمند تشویق کند. بدین ترتیب اپراتورهای تلفن همراه نیز از طریق ارائه قابلیت اتصال به تعداد قابل‌توجهی از تجهیزات IoT، که انتظار می‌رود تا سال 2020 به بیش از 50 میلیارد دلار برسد، بیشتر می‌شوند. با این حال، استفاده از تکنولوژی‌هایی مانند LTE و CDMA می‌توانند راهکارهای شهر هوشمند برای مصرف کنندگانی باشد که ترجیح می‌دهند که چنین خدماتی را به صورت رایگان و نه به قیمت ارائه دهند.

شبکه‌های تلفن همراه معمولا به دلیل ماهیت استفاده مورد نظر و هزینه‌های عظیم مورد نیاز برای انتقال حقوق ارزش کمی دارند. همچنین این فناوری‌ها ممکن است شامل استفاده از دستگاه‌های گران قیمت که نیاز به نگهداری منظم و شارژ دارند، باشند. با توجه به این هزینه‌های بالا، شبکه‌های بی‌سیم می‌توانند برای همه‌ی راهکارهای هوشمند شهر مناسب نباشند. شهرداری ممکن است مبلغ کافی برای پرداخت این خدمات به نمایندگی از مصرف کنندگان نیز نداشته باشد.

فناوری‌های مختلفی در رابطه با IoT در طول سال‌ها پیشنهاد شده است. و به طور فزاینده ای در فضای IoT ادامه می یابد. این شبکه‌های بی‌سیم طراحی شده‌اند. تا ارتباطات سریع و کارآمد از بیت‌های کوچک داده‌ها که معمولا در راهکارهای مختلف شهر هوشمند منتقل می‌شوند، ارائه شود. آنها برای اطمینان از شارژ باتری بسیار طولانی برای دستگاه‌های مختلف حسگر مورد استفاده در شهرهای هوشمند طراحی شده‌اند. برخی از محبوب‌ترین LPWAN ها NB-IoT، Sigfox و LoRaWAN هستند.

LoRaWAN

LoRaWAN

در یک طیف رادیویی بدون مجوز عمل می کند و از فرکانس‌های رادیویی پایین با محدوده طولانی استفاده می‌کند. در مناطق خاص اروپا در باند فرکانس 863-870 مگاهرتز، 902-928 مگاهرتز در آمریکا، 915-928 مگاهرتز در استرالیا، 779-787 مگاهرتز در چین و 470-510 مگاهرتز در آفریقا عمل می‌کنند.

محدوده طولانی ارائه شده توسط این تکنولوژی اطمینان می‌دهد. که بودجه زیربنایی مقرون به صرفه برای راه‌اندازی راهکارهای هوشمندانه شهر ضروری است. همچنین، این واقعیت که از طیف رادیویی بدون مجوز استفاده می‌کند. نوآوری در شهر هوشمند را فراهم می‌کند و فضایی را برای هر کسی و نه فقط شبکه‌های بزرگ تلفن همراه باز می‌کند. سازمان‌ها می‌توانند از فرکانس‌های رادیویی بدون نیاز به پرداخت هزینه‌های سنگین برای حقوق انتقال استفاده کنند. تنها ناسازگاری ممکن است در مناطقی باشد که فرکانس‌های ذکر شده در دستگاه ها قابل استفاده نباشد.

Sigfox

Sigfox

 راهکارهای LPWAN را برای شهرهای هوشمند ارائه می‌دهد. به شدت کم هزینه است و علاوه بر این انرژی مورد نیاز برای اتصال ایمن سنسورهای IoT به پلتفرم‌های هوشمند را در ابر ارائه می‌دهد. این دستگاه از فناوری رادیویی (Ultra Narrow Band (UNB استفاده می‌کند. و در گروههای غیر مجاز (868 تا 869 مگاهرتز و 902 تا 928 مگاهرتز، بسته به منطقه) عمل می‌کند. Sigfox همچنین مزایا و معایب مشابه با LoRaWAN دارد.

NB-IoT

 یکی دیگر از اتصالات محبوب برای شهرهای هوشمند و IoT است. و برای برقراری اتصال برای طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های IoT جدید توسعه یافته است. یکی از مزایای آن اینست که می‌تواند با 2G، 3G و 4G با باند فرکانس مجاز (700 مگاهرتز، 800 مگاهرتز و 900 مگاهرتز) همخوانی داشته باشد. و پهنای باند فرکانسی 200 کیلوهرتز را اشغال کند. این به احتمال زیاد مورد علاقه بسیاری از تولید کنندگان و اپراتورهای شبکه است. با این وجود، سازمان‌های دیگری که قصد پرداخت هزینه‌های سنگین مجوز برای این باند فرکانس را ندارند، زیان‌آور هستند؛ بنابراین، ممکن است سهم سایر سرمایه گذاران کوچکتر را کاهش دهند.

همانطور که در بالا توضیح داده شد. تمام شبکه‌ها به شیوه‌ای متفاوت هستند. و انتخاب آن ممکن است بسته به شرایط، زمان‌بندی و بودجه متفاوت باشد. نتیجه‌گیری این است که یک رویکرد شبکه ناهمگن برای شهرهای هوشمند ضروری است. شهرهای هوشمند باید با استفاده از راهکارهای ارتباطی از طریق طیف گسترده‌ای از شبکه‌های بی‌سیم، از جمله شبکه 5G ساخته شوند. بنابراین، رگولاتوری‌ها باید فرکانس مورد استفاده این فناوری‌ها مدنظر داشته باشند

فهرست مطالب

sPACE
آخرین مقالات

تاثیر اینترنت اشیا صنعتی (IIoT) در تعمیر و نگهداری پیش بینی شده

اینترنت اشیا (IoT) چیست؟ هرانچه که باید بدانید

شیشه هوشمند چیست؟ هر آنچه باید بدانید

سیستم اعلام حریق متعارف چیست؟

طراحی سیستم‌ های اعلام حریق

اشتراک گذاری :

اشتراک گذاری در facebook
اشتراک گذاری در twitter
اشتراک گذاری در linkedin
اشتراک گذاری در whatsapp
اشتراک گذاری در telegram
اشتراک گذاری در email

2 پاسخ

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.