المعرفة/شرح الواجهات/LoRa وLoRaWAN

شرح الواجهاتLoRaWAN

ما هو LoRaWAN؟ شرح LoRa وLoRaWAN للعدادات

LoRaWAN شبكة لاسلكية لكميات صغيرة من البيانات عبر مسافات كبيرة. ترسل العدادات قيمها على فترات ثابتة إلى بوابة، ولا حاجة إلى كابل حتى العداد. LoRa هي تقنية الراديو في الأسفل، وLoRaWAN هو بروتوكول الشبكة فوقها.

الحقائق الأساسية

  • LoRa تقنية تعديل لاسلكي بطيف منتشر من نوع Chirp: مدى كبير ومعدل بيانات منخفض.
  • LoRaWAN هو بروتوكول الشبكة الصادر عن LoRa Alliance، ويضم البوابات وخادم الشبكة والتشفير.
  • في أوروبا يبث LoRaWAN دون ترخيص في نطاق 863–870 MHz، مع زمن بث محدود (Duty Cycle).
  • تنضم الأجهزة إلى الشبكة عبر OTAA باستخدام DevEUI وJoinEUI وAppKey.
  • مناسب للقيم ربع الساعية أو الساعية، لا للقيم كل ثانية.

في هذه الصفحة

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؟

  1. الجهاز الطرفي: العداد أو المستشعر، ويرسل بياناته لاسلكيًا دون أن يرتبط ببوابة معينة.
  2. البوابة: تستقبل جميع حزم LoRa ضمن مداها وتمرّرها عبر Ethernet أو شبكة الهاتف المحمول إلى خادم الشبكة.
  3. خادم الشبكة: يتحقق من الحزم ويحذف المكرر منها ويدير الأجهزة والمفاتيح، ومن أمثلته The Things Network وChirpStack.
  4. 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؟

الفئةالاستقبالاستهلاك الطاقةالاستخدام النموذجي
Aنافذتا استقبال قصيرتان بعد كل إرسالمنخفض جدًاالمستشعرات العاملة بالبطارية، عدادات المياه
Bنوافذ استقبال إضافية وفق جدول زمنيمنخفضأجهزة تستقبل أوامر في أوقات محددة
Cالاستقبال مفتوح بشكل شبه دائمأعلىالأجهزة 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.

الأسئلة الشائعة


هل LoRa هو نفسه LoRaWAN؟

لا. LoRa هي تقنية الراديو، وLoRaWAN هو بروتوكول الشبكة القائم على LoRa، ويضم البوابات وخادم الشبكة والتشفير.

هل أحتاج إلى بوابة خاصة بي؟

ليس بالضرورة. فحيثما تتوفر تغطية شبكة عامة مثل The Things Network أو شبكة أحد المشغّلين، فهذا يكفي. أما للعدادات في الأقبية أو عندما يجب ضمان التوفر، فإن بوابة خاصة داخل المبنى هي الخيار الأفضل عادة.

هل LoRaWAN مشفّر؟

نعم. تُشفَّر البيانات المفيدة بخوارزمية AES-128، بشكل منفصل للشبكة وللتطبيق، فلا ترى البوابة ولا مشغّل الشبكة القيم المقيسة.

كم مرة يمكن لعداد LoRaWAN أن يرسل؟

يحدّ من ذلك زمن البث المسموح (Duty Cycle) وعامل الانتشار. والفترات المعتادة من 15 دقيقة إلى ساعة واحدة، ويرسل EMU Professional II افتراضيًا كل 15 دقيقة.

ما الفرق بين LoRaWAN وWireless M-Bus؟

يبث كلاهما على 868 MHz، لكنهما غير متوافقين. فـ Wireless M-Bus مخصص لقراءة العدادات عبر مسافات قصيرة، مثلًا عبر أجهزة تجميع داخل المبنى، أما LoRaWAN فشبكة ببوابات وخادم شبكة تغطي مسافات أكبر وتسلّم البيانات مباشرة إلى النظام المستهدف.

اقرأ المزيد


SEITEعداد كهرباء بواجهة LoRaEMU Professional II بواجهة LoRaWAN SEITEThe Things Networkدمج EMU Professional II LoRa SEITELoRa أم LoRaWAN؟المصطلحان بتمييز واضح SEITEشرح الواجهاتمقارنة بين الواجهات الخمس

قراءة العدادات لاسلكيًا؟


أرسلوا إلينا عدد العدادات ومواقعها في المبنى والنظام المستهدف، وسنخبركم ما إذا كان LoRaWAN مناسبًا وما الذي يتطلبه.

الهاتف
‎+41 (0)41 545 03 00

الدعم الفني
helpdesk [at] emuag.ch
نموذج الدعم →