شبکه گسترده کم مصرف چیست و چه کاربردهایی دارد؟

هنگامی که یک شبکه گسترده با انبوهی از دستگاه هایی دارید که نیاز به برقراری ارتباط دارند، یک شبکه گسترده کم مصرف چیزی است که به آن نیاز دارید.

اینترنت به رشد خود ادامه می‌دهد و اینترنت اشیا (IoT) یکی از حوزه‌هایی است که با سرعت به رشد خود ادامه می‌دهد. شبکه های کم مصرف (LPWAN) بخش عمده ای از این رشد را هدایت می کنند، نوعی از اتصال کم مصرف برای یک شبکه گسترده که برای استقرار و استفاده از اینترنت اشیا مفید است.

بنابراین، بیایید نگاهی دقیق تر به LPWAN ها، انواع مختلف LPWAN ها و چند نمونه واقعی از نحوه استفاده از آنها بیندازیم.

اینترنت اشیا چیست؟

برای درک LPWAN ها، باید بدانید که اینترنت اشیا چیست. ما نیازی به پوشش عمیق این موضوع نداریم، اما کمی دانش در درک LPWAN کمک زیادی می کند.

اصطلاح اینترنت اشیا به دستگاه های فیزیکی اشاره دارد که به هم متصل هستند. این دستگاه ها شامل همه چیز از ترموستات هوشمند در خانه شما گرفته تا چراغ های خیابان هوشمند در یک شهر هستند.

برخی از دستگاه های متداول مجهز به اینترنت اشیا عبارتند از:

• دستگاه های خانه هوشمند: ترموستات، روشنایی، دوربین های امنیتی
• صنعتی: سنسورها در تجهیزات تولیدی، سنسورهای کنترل انبار
• شهر هوشمند: روشنایی خیابان ها و چراغ های راهنمایی، حمل و نقل عمومی
• کشاورزی: ​​سنسورهای خاک، آبیاری هوشمند، کنترل دام

اینها تنها چند روش استفاده از اینترنت اشیا هستند. اما برای اینکه سیستم‌های اینترنت اشیا کار کنند، باید متصل شوند و LPWAN‌ها اغلب این نقش را ایفا می‌کنند.

LPWAN چیست؟

LPWAN یک شبکه ارتباطی بی سیم است که می تواند انتقال داده با پهنای باند کم و کم مصرف را در یک منطقه وسیع ارائه دهد. به دلیل منطقه ای که یک LPWAN می تواند پوشش دهد، برای کمک به ارتباطات شبکه های اینترنت اشیا عالی است.

یک LPWAN اندازه منطقه ثابت خاصی ندارد که بتواند پوشش دهد. پوشش به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله فناوری انتقال، تعداد دستگاه‌های IoT متصل، نرخ داده‌های موجود و موارد دیگر. علاوه بر این، عوامل دیگری مانند موانع محیطی بر پوشش و انتقال LPWAN تأثیر می‌گذارند.

LPWAN ها چگونه کار می کنند؟

ویژگی های کم مصرف LPWAN ها کلید عملکرد آنهاست. دستگاه های اینترنت اشیا اغلب دستگاه هایی با باتری و کم مصرف هستند. علاوه بر این، بیشتر دستگاه‌های IoT مقادیر بسیار کمی داده را با نرخ بیت پایین انتقال می‌دهند. این باعث می شود LPWAN ها برای اتصال این دستگاه ها در فواصل طولانی با استفاده از حداقل توان ایده آل باشند.

LPWAN ها بیشتر از فرکانس های رادیویی بدون مجوز استفاده می کنند. این امر نیاز به صدور مجوز را نفی می کند و هزینه ها را کاهش می دهد. نحوه کدگذاری و انتقال داده ها به نوع LPWAN بستگی دارد. اما در قلب هر نوع یک تکنیک مدولاسیون طراحی شده برای انتقال داده ها در فواصل طولانی با حداقل تداخل طراحی شده است.

برخی از روش های مورد استفاده برای رسیدن به این هدف عبارتند از:

• استفاده از کدهای تصحیح خطا
• پخش سیگنال (سیگنال را در یک باند فرکانسی گسترده پخش می کند)
• کاهش نرخ داده

فکر کردن به شیر آب بسیار مفید است. آن را کامل روشن کنید و یک جریان قدرتمند خواهید داشت. این را می توان به یک شبکه سنتی گسترده (WAN) تشبیه کرد که داده های زیادی (آب) بسیار سریع جریان دارد. نکته منفی این است که این کار به قدرت زیادی برای حفظ جریان نیاز دارد.

آن جریان را به یک قطره ثابت کاهش دهید و LPWAN دارید. آب همچنان همان مسافت را طی خواهد کرد، اما نیروی کمی برای حفظ جریان قطره مورد نیاز است.

3 مزایای کلیدی LPWAN ها

دلیل استفاده از LPWAN برای اتصال دستگاه های IoT را می توان با در نظر گرفتن سه مزیت کلیدی این نوع شبکه ها خلاصه کرد.

1. هزینه: هزینه LPWAN کمتر از WAN سنتی است. هم از نظر سخت افزار و هم از نظر هزینه پیاده سازی، LPWAN ها راه حل اتصال کم هزینه ای را ارائه می دهند.
2. محدوده: محدوده یک LPWAN بسته به عواملی مانند توپولوژی، الزامات طراحی، شرایط محیطی و تداخل متفاوت است. یک شبکه معمولی ممکن است در محدوده ای در حدود شش مایل کار کند. اما همانطور که در بخش بعدی به آن نگاه خواهیم کرد، برخی از انواع LPWAN دارای حداکثر برد حدود 25 مایل هستند.
3. قدرت: فرستنده‌ها، حسگرها و سایر موارد LPWAN معمولاً دستگاه‌های کم مصرف هستند. به عنوان مثال، انرژی بسیاری از آنها با باتری تامین می شود و معمولاً طول عمر باتری ها بر حسب سال اندازه گیری می شود.

این ویژگی ها به جذب LPWAN ها به عنوان شکل اصلی اتصال برای میلیون ها دستگاه IoT کمک می کند.

انواع اصلی LPWAN

چندین نوع متمایز از LPWAN وجود دارد. نوع LPWAN که انتخاب می کنید به عوامل مختلفی بستگی دارد. به عنوان مثال، نوع Sigfox LPWAN دارای بردی تا 25 مایل است. این باعث می شود در جایی که دستگاه ها در یک محدوده طولانی پراکنده هستند مفید باشد.

در اینجا چند مورد از رایج ترین انواع LPWAN آورده شده است:

• LoRaWAN: این روش از تکنیکی به نام Chirp Spread Modulation برای دستیابی به ارتباط از راه دور استفاده می کند. همین تکنیک به آن اجازه می دهد تا با مصرف انرژی بسیار کم به این مهم دست یابد. LoRaWAN ها چندین مزیت از جمله هزینه کم و مقیاس پذیری را ارائه می دهند. همچنین از ویژگی های موقعیت جغرافیایی و ارتباطات دو طرفه پشتیبانی می کند.
• NB-IoT: این یک LPWAN است که روی شبکه های سلولی کار می کند. این به آن اجازه می‌دهد تا ویژگی‌های تعریف‌کننده یک LPWAN را حفظ کند، اما مزایای اضافی افزایش نرخ داده و بهبود امنیت را دارد.
• Sigfox: Sigfox یک سرویس LPWAN اختصاصی است که دارای پوشش جهانی است. این دستگاه از مدولاسیون باند بسیار باریک برای برآورده کردن برد و توان مورد نیاز دستگاه های متصل استفاده می کند و در شرایط بهینه، می تواند به بردی تا 25 مایل دست یابد.
• Weightless: Weightless با استفاده از مدولاسیون فرکانس باند پهن و چند ضلعی فرکانس متعامد به اهداف LPWAN خود در ارتباط با مسافت طولانی و کم مصرف می‌رسد. این یکی دیگر از خدماتی است که پوشش جهانی دارد.

همانطور که می بینید، روش های مختلفی در مورد چگونگی دستیابی به اهداف LPWAN وجود دارد. با این حال، بسیاری از مواردی که باعث انتخاب یک LPWAN می شود به عملکردهایی بستگی دارد که انتظار می رود انجام دهد، که با نگاهی به برخی از روش های استفاده از LPWAN به بهترین وجه قابل درک است.

LPWAN برای چه مواردی استفاده می شود؟

ما قبلاً به این موضوع اشاره کرده‌ایم، اما بهترین راه برای درک کامل نحوه عملکرد LPWAN، بحث در مورد برخی سناریوهای دنیای واقعی است که در آن دستگاه‌های IoT در حال استفاده هستند.

شهرهای هوشمند

شهرها به طور فزاینده ای از LPWAN ها برای تأثیرات بزرگ استفاده می کنند. برخی از روش های رایج استفاده از آنها عبارتند از:

• روشنایی خیابان هوشمند: چراغ های خیابانی هوشمند برای چندین کاربرد از LPWAN استفاده می کنند. رایج ترین آن صرفه جویی در انرژی با تنظیم روشنایی چراغ ها بسته به عواملی مانند شرایط آب و هوایی، زمان روز و سطح فعالیت در خیابان است.
• چراغ های راهنمایی هوشمند: این چراغ ها برای کاهش ازدحام با اولویت بندی چراغ های راهنمایی برای بهینه سازی جریان ترافیک استفاده می شوند.
• پارکینگ هوشمند: از سنسورها می توان برای نظارت بر در دسترس بودن فضای پارک خودرو استفاده کرد.

حرکت به سمت شهرهای هوشمندتر برای بهبود کیفیت زندگی ساکنان و کاهش ردپای کربن و صورت‌حساب‌های انرژی شهرداری‌ها طراحی شده است.

کشاورزی

کشاورزی یکی دیگر از بخش‌هایی است که استفاده از دستگاه‌های IoT و LPWAN را به سرعت افزایش داده است. در اینجا برخی از راه هایی که LPWAN ها به کشاورزان کمک می کنند آورده شده است:

• نظارت بر خاک: LPWAN ها و حسگرها می توانند شرایط خاک مانند رطوبت و دما را کنترل کنند. این به کشاورزان این امکان را می دهد که فقط با آبیاری در مکان و زمانی که لازم است، در مصرف آب صرفه جویی کنند.
• کنترل دام: مکان دام می تواند توسط حسگرهای متصل به LPWAN استفاده شود.

این بخش دیگری است که در آن LPWAN می تواند هزینه ها را کاهش دهد و اثرات زیست محیطی شیوه های کشاورزی را کاهش دهد.

مراقبت های بهداشتی

LPWAN ها مراقبت های بهداشتی و نحوه نظارت ما بر بیماران و شرایط را تغییر می دهند. از جمله کاربردهای این فناوری عبارتند از:

• با استفاده از دستگاه های نظارت از راه دور بیمار، اطلاعات بلادرنگ در مورد وضعیت سلامت بیمار ارائه دهید
• وضعیت و موقعیت تجهیزات را پیگیری کنید
• نظارت و تنظیم شرایط محیطی در موسسات مراقبت های بهداشتی

به طور کلی، LPWANS می تواند به ساده سازی درمان بیماران و کاهش هزینه های اضافی در همان زمان کمک کند.

LPWANs: آهسته و پیوسته برنده مسابقه است

LPWAN ها قهرمانان گمنام دنیایی هستند که به طور فزاینده ای متصل هستند. این شبکه ها با استفاده از یک رویکرد آهسته و پیوسته برای انتقال داده، شهرهای ما را هوشمندتر، خانه های ما را ایمن تر و کشاورزی ما را کارآمدتر می کنند.

قدرت اطلاعات همه چیز مربوط به “داده های بزرگ” نیست. گاهی اوقات چیزهای کوچک در زندگی مهم هستند.

منبع مقاله