شبکه دوربرد کم‌توان LPWAN یا LPWA یا شبکه کم‌توان LPN نوعی شبکه ارتباطی بیسیم در ناحیه گسترده است که به منظور ایجاد ارتباطات دوربرد با نرخ بیت کم طراحی شده است. شبکه LPWAN عمر باتری تجهیزات را تا چند سال افزایش می‌دهد و برای سنسورها و برنامه‌هایی طراحی شده است که نیاز به ارسال مقادیر کمی از داده‌ها در مسافت‌های طولانی و چند بار در ساعت از محیط‌های مختلف دارند. در ادامه با پروتکل LoRa بیشتر آشنا خواهید شد.
فهرست مطالب
- پروتکل LoRa چیست؟
- شبکه LPWAN چیست؟
- آیا ارتباط پروتکل لورا ایمن است؟
- LoRa و LoRaWAN (و Symphony Link) چیست؟
- استفاده پرونکل لورا در تجهیزاتِ LoRa فراهوش چیست؟
- آیا چالش تداخل سیگنال، در پروتکل LoRa برطرف می شود؟
- سخن پایانی
پروتکل LoRa چیست؟
لورا LoRa مخففLong Range یک تکنیک انحصاری شبکه گسترده کم توان low-power wide-area network یا به اختصار (LPWAN) است.
این روش بر اساس تکنیک‌های تعدیل طیف انتشار برگرفته شده از فناوری chirp spread spectrum یا به اختصارCSS صورت گرفته است. این تکنیک توسط Cycleo از گرنوبل فرانسه توسعه داده شد و توسط Semtech ، عضو بنیانگذار اتحادیه LoRa خریداری و ثبت اختراع شد.
دستگاه های لورا و فناوری فرکانس رادیویی بی سیم یک پلتفرم بی سیم دور برد و کم مصرف است که به فناوری اصلی شبکه های اینترنت اشیا (IoT) در سراسر جهان تبدیل شده است. بیشتر سیستم های موجود در شبکه های بیسیم از مدولاسیون FSK در لایه فیزیکی خود استفاده می کنند. دلیل استفاده از آن، توان مصرفی پایین و همچنین طول عمر باتری یا منبع تغذیه آنها خواهد بود ،این در حالی ست که در LoRa از مدولاسیون CSS استفاده می‌شود.
مدولاسیون CSS همانند مدولاسیوین FSK ؛ توان مصرفی پایینی دارد و علاوه بر این دارای برد بیشتر و طولانی تری نیز می باشد. از مدولاسیون CSS بدلیل مصرف پایین، برد بیشتر و مقاومت زیادی که در برابر تداخل ها دارد سال ها در صنایع حساس نظامی استفاده شده است. همانطور که در بالا ذکرشد LoRa مخفف برد بلند است . یک تکنیک مدولاسیون طیف گسترده است که از فناوری طیف گسترده امواج کوتاه و زیر 1 گیگا هرتز از آن مشتق شده است.
شبکه LPWAN چیست؟
شبکه دوربرد کم‌توان LPWAN یا LPWA یا شبکه کم‌توان LPN نوعی شبکه ارتباطی بیسیم در ناحیه گسترده است که به منظور ایجاد ارتباطات دوربرد با نرخ بیت کم طراحی شده است.
شبکه LPWAN عمر باتری تجهیزات را تا چند سال افزایش می‌دهد و برای سنسورها و برنامه‌هایی طراحی شده است که نیاز به ارسال مقادیر کمی از داده‌ها در مسافت‌های طولانی و چند بار در ساعت از محیط‌های مختلف دارند.
LoRa و LoraWAN متعلق به دسته پروتکل‌های شبکه ارتباطی بیسیم LPWAN و تلفن همراه هستند. فناوری‌های دیگری که در باندهای فرکانس بدون مجوز (رایگان) فعالیت می‌کنند شامل Sigfox، Ingenu و چندین مورد دیگر هستند. بر این اساس اغلب ممکن است LPWAN به عنوان اکوسیستم‌های LPWAN دارای مجوز طبقه‌بندی شوند.
LoRa و Sigfox تحت فناوری اینترنت اشیا IoT غیر سلولی قرار دارند. NB-IoT (NarrowBand IoT) در رده اینترنت اشیا IoT سلولی قرار می‌گیرد و از طریق فرکانس سلولی انتقال می‌یابد.
توجه: این امکان وجود دارد که LoRa (یا هر دستگاه LP WAN) از مسافت‌های بزرگ با قدرت کم انتقال یابد، زیرا قوانین فیزیک بیان می‌کنند برای انتقال از مسافت‌های بزرگ یا لازم است قدرت را افزایش دهید یا پهنای باند را کاهش دهید. از آنجا که سنسورهای تعبیه شده LoRa از مسافت‌های بزرگ منتقل می‌شوند اما از قدرت کمتری (باتری) استفاده می‌کنند و پهنای باند آن بسیار محدود است.
آیا ارتباط پروتکل لورا ایمن است؟
امنیت پروتکل lora از طریق رمزگذاری RSA با گذرواژه های عمومی و اختصاصی صورت می گیرد. اندازه بسته موجود از طریق دستگاه LoRa محدود به 256 بایت است که 80 بایت آن برای هدرها رزرو شده است. در این پروتکل 256 بایتی و رمز های به صورت هش هایی با فرمت SHA256 اضافی برای احراز هویت انجام می شود. این لایه امنیت در لایه LoRa است ودر لایه LoRaWAN نیز پروتوکل های امنیتی متفاوتی برای حفظ امنیت داده ها وجود دارد.
اگر بخواخیم درباره RSA توضیح بیشتری بدهیم باید گفت این کلمات مخفف Rivest–Shamir–Adleman که به اختصار(RSA) خوانده می شود. پروتکل لورا از اولین شیوه‌های رمزنگاری به روش کلید عمومی (Public Key Cryptography PKC) است که به صورت گسترده برای تأمین امنیت انتقال داده استفاده می‌شود. در این چنین سیستم‌های رمزنگاری، کلید رمزگذاری عمومی است و از کلید رمزگشایی که مخفی است، جداست در RSA، این عدم تقارن مبتنی بر این است که تجزیه از عددی که ضرب دو عدد اول بزرگ است در عمل بسیار دشوار است.
این روش، نخستین روش مورد اعتماد در بین روش‌های رمزنگاری دیگر است و یکی از بزرگترین پیشرفت‌ها در زمینهٔ رمزنگاری به حساب می‌آید. آراس‌ای همچنان به صورت گسترده‌ای در تبادلات الکترونیکی استفاده می‌شود و در صورت استفاده درست با کلیدهای طولانی کاملاً امن به نظر می‌رسد.
حروف اولیه RSA، حروف اولیه نام‌های خانوادگی Ron RIvest , Adi Shamir و Adleman است که در سال ۱۹۷۷ این الگوریتم را به‌طور عمومی معرفی کردند. یک ریاضی‌دان انگلیسی به نام Clifford Cocks، که برای ستاد ارتباطات دولت بریتانیا کار می‌کرد، سیستمی معادل این سیستم را در سال ۱۹۷۳ پیاده‌سازی کرده بود، که تا سال ۱۹۷۳ به صورت محرمانه باقی ماند.
یک کاربر RSA، یک کلید عمومی را بر اساس دو عدد اول بزرگ را همراه با یک مقدار تصادفی ساخته و به صورت عمومی منتشر می‌کند. هر کسی می‌تواند از این کلید عمومی برای رمزگذاری یک پیام استفاده کند، اما تنها کسی که آن دو عدد اولی که کلید بر اساس آنها ساخته شده را می‌داند، قادر به رمزگشایی پیام است. شکستن رمزگذاری RSA به مسئلهٔ RSA معروف است. تاکنون هیچ روشی برای شکست دادن این سیستم (در صورت استفادهٔ کلید به اندازهٔ کافی بزرگ) منتشر نشده‌است.
LoRa و LoRaWAN (و Symphony Link) چیست؟
LoRa (Long Range) یک فناوری ارتباطات داده بیسیم دیجیتال با فناوری اینترنت اشیا IoT است که توسط Cycleo of Grenoble ، فرانسه ثبت اختراع و در سال 2012 توسط Semtech روش انتقال مبتنی بر IP برای این شبکه رزرو شده است.
LoRa از طریق باند فرکانس رادیویی زیر گیگاهرتز بدون مجوز نظیر 169 مگاهرتز ، 433 مگاهرتز ، 868 مگاهرتز (اروپا) و 915 مگاهرتز (آمریکای شمالی) فعالیت می‌کند. LoRa انتقال انرژی با برد بسیار دور (بیش از 10 کیلومتر در مناطق روستایی) با مصرف انرژی پایین را امکان‌پذیر می‌کند.
لایه ارتباطی LoRaWAN (شبکه‌ای با طیف گسترده از منطقه وسیع) است و یک پروتکل ارتباطی منبع‌باز است که توسط کنسرسیوم LoRa تعریف شده است و روی LoRa بنا شده است. Symphony Link، پروتکل ارتباطی منبع‌باز دیگری است که توسط یک شرکت به نام Link Labs تعریف شده است.
بنابراینLoRaWAN پروتکل ارتباطات و معماری سیستم را برای شبکه تعریف می‌کند در حالی که لایه فیزیکی LoRa پیوند ارتباطی دوربرد را امکان‌پذیر می‌کند. پروتکل ارتباطی LoRa WAN تضمین ارتباط قابل‌اعتماد، برقراری ارتباط امن و اضافه کردن هدرهای اضافی به پکت‌های داده را انجام می‌دهد.
LoRa و LoRaWAN اتصال ارزان‌قیمت و دوربردی را برای تجهیزات اینترنت اشیا IoT در مناطق دورافتاده، روستایی و برون مرزی را ممکن می‌کنند. آنها به طور معمول در معدن، مدیریت منابع طبیعی، انرژی تجدید پذیر، تدارکات بین‌قاره‌ای و مدیریت زنجیره تأمین استفاده می‌شوند.
LoRaWAN بهترین نوع LPWAN است و وعده اتصال به همه‌جا را در برنامه‌های IoT در فضای بازکه ساختارهای شبکه و مدیریت ساده‌ای دارد را محقق می‌کند.
استفاده پرونکل لورا در تجهیزاتِ LoRa فراهوش چیست؟
همان طور که ذکر شد پروتکل لورا یک پلتفرم بی سیم دوربرد و کم مصرف است که این ویژگی آن را به یک پلتفرم عالی بی سیم اینترنت اشیا (IoT) تبدیل کرده است.
دستگاه‌ها و شبکه‌های LoRa فراهوش محصولاتی مانند گیت وی هوشمند ، کلید لمسی هوشمند ، ترموسات هوشمند ، 8 رله هوشمند و … را به شبکه ابری فراهوش متصل کرده و امکان برقراری ارتباط بی‌درنگ داده‌ها ، تجزیه و تحلیل‌ها و کنترل سیستم های هوشمند IoT را فراهم می‌کند که این امر کمک شایانی به داشتن یک ساختمان هوشمند می کند.
با استفاده از پروتکل لورا و تجهیرات هوشمند فراهوش برخی از بزرگترین چالش‌های پیش روی سیاره ما را حل می شود که می توان به برخی از آنها اشاره کرد:
- مدیریت انرژی
- کاهش منابع طبیعی
- کنترل آلودگی
- بهبود زیرساخت ها و پیشگیری از بلایای طبیعی
- کنترل سیستم ها از هر جای جهان
با استفاده از دستگاه های LoRa فراهوش می توان زندگی راحت و هوشمندی را تجربه کرد و آرامش را برای خود و اطرافیان به ارمغان آورد.
تیم فراهوش با بهره برداری و اجرای موفقیت آمیز دستگاه های LoRa مجموعه خود، در پروژه های مختلف در شهرهای هوشمند، خانه ها و ساختمان ها ی هوشمند ، سیستم های اندازه گیری صنعتی ، زنجیره تامین و تدارکات، کشاورزی و … توانسته جایگاه خود را تثبیت نماید و قابل توجه است که با توسعه پلتفرم LoRa در سراسر جهان و اتصال صدها میلیون دستگاه به این شبکه در بیش از 100 کشور و رشد آن در ایجاد یک سیاره هوشمندتر موثر است.دستگاه های متصل به این شبکه در بیش از 100 کشور توسعه یافته و در حال رشد، پلتفرم LoRa در حال استفاده و پیشرفت روز افزون است.
دستگاه‌های و استاندارد LoRa فراهوش، ویژگی‌های منحصر به فردی را برای سیستم های IoT و خانه هوشمند فراهم نموده اند که می توان از مزایای آن به برد طولانی، مصرف انرژی کم ، انتقال امن داده و عدم تداخل اشاره نمود. این فناوری توسط شبکه های عمومی، خصوصی یا ترکیبی استفاده می شود و برد بیشتری نسبت به شبکه های سلولی ارائه می دهد.
تجهیزاتی که پیش تر به آنها اشاره کردیم مانند کلید لمسی هوشمند فراهوش می توانند به راحتی در زیرساخت های موجود ادغام شوند و برنامه های کاربردی اینترنت اشیا و خانه هوشمند را با مصرف انرژی پایین وقیمت بسیار کم اجرا نمایند. چیپ‌ست‌های LoRa در دستگاه‌هایی که توسط اکوسیستم بزرگی از ارائه‌دهندگان راه‌حل اینترنت اشیاء ساخته شده‌اند و به شبکه‌های سراسر جهان متصل هستند، ادغام می‌شوند. به بیان ساده، LoRa دستگاه‌ها را به شبکه ابری متصل می‌کند و اطلاعات را به دستگاه ه های هوشمند ارائه می‌کند ، پروتکل LoRa فراهوش جهان را به مکانی بهتر برای زندگی و زیستن تبدیل می‌کند.
بااستفاده از تجهیزات بی سیم مبتنی بر پروتکل LoRa خانه هوشمند فراهوش شما می توانید یک سیستم منعطف بدور از پیچیدگی های رایج در هوشمند سازی و راه حل های مختلف هوشمند سازی را داشته باشید چرا که بدون نیاز به تغییر سیم کشی ، تخریب و بدون نیاز به سیم اضافه ای می توانید خانه ای هوشمند وبا قابلیت اتکا بالایی و بدوم هزینه های سربار اضافه ای داشته باشید.
آیا چالش تداخل سیگنال، در پروتکل LoRa برطرف می شود؟
یکی از اصلی ترین سوال هایی که برای مصرف کنندگان تجهیزات بی سیم پیش می آید این است که آیا این تجهیزات دچار تداخل می شوند ؟ در پاسخ باید گفت ،سیگنال های مدوله شده LoRa پرقدرت بوده و در مقابل تداخل باند داخلی و خارجی به شدت نقوذ ناپذیر می‌باشند. پروتکل LoRa در برابر چند مسیری و محو شدن دارای ایمنی لازم بوده و آن را برای استفاده در محیط های بسته و با مانع و محیط های باز بسیار مناسب می نماید.لازم به ذکر است ، شیفت داپلر (Doppler shift) باعث تغییر کم فرکانس در محور زمانی سیگنال پایه می‌شود. این میزان قابل قبول بودن آفست فرکانسی باعث شده که LoRa برای شبکه های بیسیم متحرک نیز عالی باشد.
سخن پایانی
شما در این مقاله با پروتکل LoRa آشنا شدید. همچنین از همه نکات و ویژگی های آن آگاه شدید. اگر سوال یا نظری دارید آن را در کامنت مطرح کنید تا در اسرع وقت توسط ما جواب داده شود.
