ما الفرق بين LoRa وLoRaWAN؟
LoRa هي تقنية الراديو: تعديل ينشر إشارة ضيقة على نطاق واسع إلى حد يمكن معه التقاطها حتى تحت مستوى الضجيج، فيزيد المدى على حساب معدل البيانات. أما LoRaWAN فهو بروتوكول الشبكة فوقها، وينظّم كيفية انضمام الأجهزة وتشفير البيانات ووصولها من البوابة إلى خادم الشبكة. للمزيد راجعوا المقال LoRa أم LoRaWAN؟.
كيف تُبنى شبكة LoRaWAN؟
- الجهاز الطرفي: العداد أو المستشعر، ويرسل بياناته لاسلكيًا دون أن يرتبط ببوابة معينة.
- البوابة: تستقبل جميع حزم LoRa ضمن مداها وتمرّرها عبر Ethernet أو شبكة الهاتف المحمول إلى خادم الشبكة.
- خادم الشبكة: يتحقق من الحزم ويحذف المكرر منها ويدير الأجهزة والمفاتيح، ومن أمثلته The Things Network وChirpStack.
- خادم التطبيقات: يفك تشفير البيانات المفيدة ويمرّرها إلى نظامكم عبر MQTT أو HTTP أو واجهة برمجية.
تُشفَّر البيانات المفيدة مرتين بخوارزمية AES-128: مرة للشبكة ومرة من طرف إلى طرف للتطبيق، فلا ترى البوابة المحتوى.
كيف ينضم الجهاز إلى الشبكة: OTAA أم ABP؟
في OTAA (Over-the-Air Activation) يرسل الجهاز طلب انضمام يتضمن DevEUI وJoinEUI، فيتحقق منه خادم الشبكة باستخدام AppKey ويمنح مفاتيح جلسة جديدة. أما في ABP (Activation by Personalization) فتكون مفاتيح الجلسة مخزنة في الجهاز بشكل ثابت. وOTAA أكثر أمانًا وهو الطريق المعتاد.
ماذا تعني الفئات A وB وC؟
| الفئة | الاستقبال | استهلاك الطاقة | الاستخدام النموذجي |
|---|---|---|---|
| A | نافذتا استقبال قصيرتان بعد كل إرسال | منخفض جدًا | المستشعرات العاملة بالبطارية، عدادات المياه |
| B | نوافذ استقبال إضافية وفق جدول زمني | منخفض | أجهزة تستقبل أوامر في أوقات محددة |
| C | الاستقبال مفتوح بشكل شبه دائم | أعلى | الأجهزة الموصولة بالشبكة الكهربائية مثل عدادات الكهرباء |
ما مدى LoRaWAN؟
في الأماكن المفتوحة يبلغ المدى عادة عدة كيلومترات، وفي الريف مع خط رؤية مفتوح أكثر من ذلك بكثير. أما داخل المباني فالمدى أقصر: إذ تضعف الأسقف الخرسانية والأبواب المعدنية وخزائن العدادات الإشارة بشدة، والأقبية غالبًا هي الأصعب. ويحل ذلك عادة تركيب بوابة داخل المبنى أو هوائي خارجي على العداد.
يتوقف مدى الحزمة أيضًا على عامل الانتشار من SF7 إلى SF12. فالعامل الأعلى يصل أبعد، لكن الإرسال يستغرق وقتًا أطول ويستهلك جزءًا أكبر من زمن البث المحدود. ومع ADR (Adaptive Data Rate) يختار خادم الشبكة لكل جهاز أصغر عامل انتشار يصل بموثوقية.
لماذا لا يقدّم LoRaWAN قيمًا كل ثانية؟
في نطاق EU868 لا يجوز للجهاز في معظم النطاقات الفرعية أن يبث أكثر من 1 % من الوقت. ومع عامل انتشار مرتفع قد تستغرق الحزمة الواحدة أكثر من ثانية، فتطول الاستراحة بعدها تبعًا لذلك. وهذا ليس عيبًا بالنسبة للعدادات: فقيمة واحدة كل 15 دقيقة تكفي للفوترة ومنحنى الحمل.
ثم إن حزمة LoRaWAN لا يتجاوز حجمها بضع عشرات من البايتات وهي مرمّزة ثنائيًا. ولتحويل البايتات إلى قراءات عدادات يحتاج خادم الشبكة أو التطبيقات إلى مفكّك ترميز خاص بالجهاز المعني. ويشرح المقال فك ترميز حمولة LoRa طريقة ذلك.
LoRaWAN مع أجهزة EMU
يعمل عداد الكهرباء EMU Professional II بواجهة LoRa وفق LoRaWAN 1.0.3 في الفئة C، وينضم افتراضيًا عبر OTAA، ويرسل كل 15 دقيقة الطاقة المسحوبة والمغذّاة لكل تعرفة. ويتوفر بهوائي داخلي أو مع موصل SMA إضافي لهوائي خارجي.
تتوفر لـ The Things Network قالب جهاز، ونوفر مفكّك الترميز على GitHub. ويوجد الدليل في الصفحة EMU Professional II LoRa في The Things Network. ومن لا يرغب في تشغيل خادم شبكة خاص به يستقبل القيم مباشرة في Joulio-Web المزوّد بخادم شبكة مدمج.