SONIC
مدیر بخش برق و الکترونیک (SONIC)
پرسنل مدیریت
مدیر انجمن
استاد و مشاور الکترونیک
عضو افتخاری گروه الکترونیک
به شدت دوست داشتنی
مدیر انجمن
- Oct 14, 2021
- 1,937
- 4,537
در این پست شبکه LPWAN (شبکه گسترده کم توان) مورد بررسی قرار خواهد گرفت. معروف ترین بستر ارتباطی موجود در LPWAN شبکه LoRA و LoRAWANهست .
معرفی LPWAN
LPWAN در واقع مخفف شده Low Power Wide Area Network و به معنی شبکه گسترده کم توان می‌باشد.
برای ارسال و دریافت دیتا از سیستم های LPWAN استفاده می‌شود. با استفاده از این تکنولوژی از نگرانی های طراح در مورد مصرف توان کاسته خواهد شد. با استفاده از این تکنولوژی عمر باتری حتی تا چندین ماه و سال هم خواهد رسید!. از شبکه LPWAN به منظور ارتباط بی‌سیم و دور برد با نرخ ارسال دیتا کم مورد استفاده می‌شود. لذا یک بستر کاملا مفید و مناسب در کاربرد های اینترنت اشیاء (IoT) و ماشین به ماشین (M2M) خواهد بود.
[H2]مزایای استفاده از LPWAN[/H2]
استفاده از شبکه گسترده کم توان (LPWAN) علاوه بر مصرف فوق العاده کم توان الکتریکی و برد زیاد دارای مزایای دیگری نیز می‌باشد که در ادامه به آن اشاره شده است.
بطور کلی می‌توان یکی از مزایای عمده و اصلی LPWAN را کم مصرف بودن آن معرفی کرد. بطوری که باعث عملکرد دستگاه و سنسور هایی که با باتری کار می‌کنند تا چندین سال فقط با یک بار شارژ باتری خواهد شد. در کابرد هایی نظیر شهر هوشمند، خانه های هوشمند، کشاورزی هوشمند، دیتا لاگر و… شاهد استفاده از LPWAN می‌باشیم. انتقال دیتا با استفاده از LPWAN بصورت بسته های متناوب و کوچک می‌باشد. به همین دلیل سرعت انتقال دیتا و کارایی در پروژه افزایش خواهد یافت. همچنین پهنای باند بالا در این شبکه، باعث کاهش هزینه و سهولت در طراحی سخت افزار و پیاده سازی آن شده است.
[HR=3][/HR]
[H2]
در شبکه LPWAN پروتکل های متنوعی وجود دارد. برخی از آنها دارای محدوده فرکانسی مجاز و برخی دیگر غیر مجاز می‌باشند. هر کدام از پروتکل های دسته بندی شده در LPWAN دارای مزایا و معایب خود هستند. در ادامه به 3 مورد از پر مصرف ترین و معروف ترین آنها اشاره شده است.
[H3]
در سال 2009 شرکت فرانسوی سیگ فاکس به منظور ارائه یک شبکه کم توان و با نرخ داده کم در دستگاه های مبتنی بر اینترنت اشیاء، پروتکل SigFox را معرفی نمود. با استفاده از این پروتکل دیتا ها تا 12 بایت با استفاده از مدولاسیون UNB (Ultra Narrow Band) و
[H3]
سازمان GPP3 یک سازمان استاندار سازی نیز می‌باشد، بعد از مشاهده نیاز به وجود LPWAN، پروتکل NB-IOT را معرفی نمود. در این پروتکل اتصال و ارتباط بین دستگاه از طریق شبکه های سلولی اپراتور های موبایل خواهد بود. از مزایای این پروتکل می‌توان به مواردی مانند قیمت پایین، طول عمر بالا باتری و تعداد زیاد اتصالات دستگاه اشاره نمود. شایان ذکر است NB-IOT یکی از زیر مجموعه های LTE بوده اما در محدوده 200KHz ایفای نقش می‌کند.
[H3]
پروتکل LoRaWAN مخفف عبارت Long Range Wide Area Networks است. با استفاده از LoRaWAN دستگاه ها بصورت بی‌سیم توسط یک دستگاه دیگر بنام Gateway می‌توانند به اینترنت متصل شوند. استفاده از این تکنولوژی در محیط های صنعتی و شهر های هوشمند بدلیل مقرون به صرفه بودن، دو طرفه بودن ارتباط و مصرف توان بسیار پایین رواج یافته است. با توجه به مصرف توان بسیار پایین باعث می‌شود که دستگاه های باتری دار تا چندین سال به عملکرد خود ادامه دهند.
اولین باری که پای انسان و آدمی به کره ماه رسیده است و سطح آن را حس کرده است، سالیانی می‌گذرد. این یک حقیقت قابل تامل و امیدوار کننده در سالیانی دور بوده است. با گذشت زمان و سپری شدن از آن اولین رویداد، علاوه بر پیشرفت علم، تکنولوژی نیز پیشرفت کرده است. این پیشرفت در حدی بوده است که استفاده از مخابرات و ارتباطات رادیوی بیش از پیش به چشم آمده است. استفاده از رادیو های بی‌سیم گرفته تا تبادل دیتا از طریق محیط های بی‌سیم در زندگی روزمره افراد.
دریافت پیام از ماه با استفاده از تکنولوژی LoRa طبق خبری که د روبسایت Lacuna منتشر شد، در تاریخ 5 اکتبر 2021 برای اولین بار پیامی توسط این مجموعه با استفاده از شبکه LoRa از کره ماه به زمین ارسال شد. این اتفاق برای اولین بار با همکاری تیمی متشکل از Jan van Muijlwijk، Tammo Jan Dijkema، Frank Zeppenfeldt و Thomas Telkamp رخ داده است. سیگنال و پیام ارسالی از طرف کره ماه با طی کردن مسافت 730360 کیلومتر با موفقیت به سمت ایستگاه گیرنده زمینی ارسال شده و بصورت موفقیت آمیز دریافت شده است. با این اوصاف این دور ترین مسافتی است که یک پیام یا سیگنال می‌تواند توسط LoRa ارسال و دریافت شود. پیام مخابره شده در مدت زمان کوتاهی در فضا بین کره ماه و زمین وجود داشت. محققان و تیم این پروژه با استفاده از چیپ LR1110 شرکت Semtech با محدوده فرکانسی 440-430 مگاهرتز موفق به دست یابی به این نتیجه خارق العاده شده اند. شایان ذکر است به خودی خود با استفاده از بستر ارتباطی LoRa ،قادر به دست یافتن به این مسافت فوق العاده زیاد نیستیم.
تراشه LoRa مدل LR1110 با استفاده از این بستر می‌توان تا مسافت هایی در حد چند ده کیلومتر دست یافت. در این پروژه با استفاده از تقویت کننده 350 وات، و تلسکوپ گیرنده 25 متری به این میزان برد مسافتی دست یافته شده است. بعد از فراهم آودن شرایط یاد شده، پس از سپری شدن زمانی معادل 44.2 ثانیه، توسط یک چیپ مشابه در سمت زمین، پیام ارسالی از طرف کره ماه دریافت گردید. طبق متن این خبر، حتی یکی از دیتا های این پیام حاوی دیتا های LoRaWAN نیز بوده است.
رادیو تلسکوپ Dwingeloo ، که توسطCAMRAS مدیریت و راه اندازی شده است، سابقه استفاده در آزمایش ها و پروژه های دیگر را نیز داشته است. اکنون برای تبادل دیتا با ماه نیز استفاده می‌شود. اما این اولین بار است که برای تبادل دیتا با استفاده از یک چیپ مخابراتی RF کوچک مورد استفاده قرار گرفته است.
این تلسکوپ رادیوی اولین بار در سال 1956 سفارش داده شده و نقش اصلی و حیاتی را در کشف اولیه ساختار کهکشهان راه شیری با استفاده از تابش هیدروژن 21 سانتی متری ایفا کرده است. زمان ارسال و دریافت دیتا و پیام با استفاده از تراشه LR1110 ،همچنین تغییر و آفست فرکانسی ناشی از پدیده داپلر آمده بدست مقادیر .است شده گیری اندازه را است ماه و زمین نسبی حرکت از گرفته نشات که (Doppler( با مقادیر محاسبه شده با استفاده از سیستم JPL Horizons ناسا، مطابقت داشته اند. بررسی علاوه بر استفاده از تراشه LoRa ،از سیستم SDR) Software Defined Radio (برای دریافت هر دو سیگنال ارسالی و دریافتی جهت تجزیه و تحلیل های تخصصی و دقیق تر نیز در این پروژه استفاده شده است. دیتا های اندازی گیری شده و یادداشت های تحلیلی تحت عنوان دیتا های اوپن (Open data (در دسترس قرار گرفته است.
اطلاعات بیشتر و تخصصی تر از این آزمایش درکنفرانس The Things مورخ 27 ماه ژانویه سال جدید میلادی (2021 (ارائه شده. پیشنهاد می‌کنم حتما این کنفرانس عالی را دنبال کنید.
انتقال دیتا از ماه تا زمین در عرض فقط چند ثانیه با استفاده از LORA
معرفی LPWAN
LPWAN در واقع مخفف شده Low Power Wide Area Network و به معنی شبکه گسترده کم توان می‌باشد.
برای ارسال و دریافت دیتا از سیستم های LPWAN استفاده می‌شود. با استفاده از این تکنولوژی از نگرانی های طراح در مورد مصرف توان کاسته خواهد شد. با استفاده از این تکنولوژی عمر باتری حتی تا چندین ماه و سال هم خواهد رسید!. از شبکه LPWAN به منظور ارتباط بی‌سیم و دور برد با نرخ ارسال دیتا کم مورد استفاده می‌شود. لذا یک بستر کاملا مفید و مناسب در کاربرد های اینترنت اشیاء (IoT) و ماشین به ماشین (M2M) خواهد بود.
[H2]مزایای استفاده از LPWAN[/H2]
استفاده از شبکه گسترده کم توان (LPWAN) علاوه بر مصرف فوق العاده کم توان الکتریکی و برد زیاد دارای مزایای دیگری نیز می‌باشد که در ادامه به آن اشاره شده است.
- تا 10 کیلومتر محدوده مورد ارتباط و تبادل دیتا
- انتشار دیتا با مقاومت بالا که باعث می‌شود حتی در مواردی که مانعی بر سر راه وجود داشته باشد نیز مفید واقع شود.
- سادگی در طراحی و بکار بردن شبکه LPWAN
- استفاده از توپولوژی ستاره (Star)
- محدوده فرکانسی باند مجاز یا ISM
- مصرف انرژی کم
بطور کلی می‌توان یکی از مزایای عمده و اصلی LPWAN را کم مصرف بودن آن معرفی کرد. بطوری که باعث عملکرد دستگاه و سنسور هایی که با باتری کار می‌کنند تا چندین سال فقط با یک بار شارژ باتری خواهد شد. در کابرد هایی نظیر شهر هوشمند، خانه های هوشمند، کشاورزی هوشمند، دیتا لاگر و… شاهد استفاده از LPWAN می‌باشیم. انتقال دیتا با استفاده از LPWAN بصورت بسته های متناوب و کوچک می‌باشد. به همین دلیل سرعت انتقال دیتا و کارایی در پروژه افزایش خواهد یافت. همچنین پهنای باند بالا در این شبکه، باعث کاهش هزینه و سهولت در طراحی سخت افزار و پیاده سازی آن شده است.
[HR=3][/HR]
[H2]
پروتکل های مهم و برتر در LPWAN
[/H2]در شبکه LPWAN پروتکل های متنوعی وجود دارد. برخی از آنها دارای محدوده فرکانسی مجاز و برخی دیگر غیر مجاز می‌باشند. هر کدام از پروتکل های دسته بندی شده در LPWAN دارای مزایا و معایب خود هستند. در ادامه به 3 مورد از پر مصرف ترین و معروف ترین آنها اشاره شده است.
[H3]
سیگ فاکس SigFox
[/H3]در سال 2009 شرکت فرانسوی سیگ فاکس به منظور ارائه یک شبکه کم توان و با نرخ داده کم در دستگاه های مبتنی بر اینترنت اشیاء، پروتکل SigFox را معرفی نمود. با استفاده از این پروتکل دیتا ها تا 12 بایت با استفاده از مدولاسیون UNB (Ultra Narrow Band) و
برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید
ارسال می‌شوند. لذا با این تفاسیر، دیتا ها در یک محدوده وسیع و گسترده و سرعت کم و مقاوم در برابر نویز و همچنین تضعیف ارسال خواهند شد.[H3]
NB-IOT
[/H3]سازمان GPP3 یک سازمان استاندار سازی نیز می‌باشد، بعد از مشاهده نیاز به وجود LPWAN، پروتکل NB-IOT را معرفی نمود. در این پروتکل اتصال و ارتباط بین دستگاه از طریق شبکه های سلولی اپراتور های موبایل خواهد بود. از مزایای این پروتکل می‌توان به مواردی مانند قیمت پایین، طول عمر بالا باتری و تعداد زیاد اتصالات دستگاه اشاره نمود. شایان ذکر است NB-IOT یکی از زیر مجموعه های LTE بوده اما در محدوده 200KHz ایفای نقش می‌کند.
[H3]
LoRaWAN
[/H3]پروتکل LoRaWAN مخفف عبارت Long Range Wide Area Networks است. با استفاده از LoRaWAN دستگاه ها بصورت بی‌سیم توسط یک دستگاه دیگر بنام Gateway می‌توانند به اینترنت متصل شوند. استفاده از این تکنولوژی در محیط های صنعتی و شهر های هوشمند بدلیل مقرون به صرفه بودن، دو طرفه بودن ارتباط و مصرف توان بسیار پایین رواج یافته است. با توجه به مصرف توان بسیار پایین باعث می‌شود که دستگاه های باتری دار تا چندین سال به عملکرد خود ادامه دهند.
اولین باری که پای انسان و آدمی به کره ماه رسیده است و سطح آن را حس کرده است، سالیانی می‌گذرد. این یک حقیقت قابل تامل و امیدوار کننده در سالیانی دور بوده است. با گذشت زمان و سپری شدن از آن اولین رویداد، علاوه بر پیشرفت علم، تکنولوژی نیز پیشرفت کرده است. این پیشرفت در حدی بوده است که استفاده از مخابرات و ارتباطات رادیوی بیش از پیش به چشم آمده است. استفاده از رادیو های بی‌سیم گرفته تا تبادل دیتا از طریق محیط های بی‌سیم در زندگی روزمره افراد.
دریافت پیام از ماه با استفاده از تکنولوژی LoRa طبق خبری که د روبسایت Lacuna منتشر شد، در تاریخ 5 اکتبر 2021 برای اولین بار پیامی توسط این مجموعه با استفاده از شبکه LoRa از کره ماه به زمین ارسال شد. این اتفاق برای اولین بار با همکاری تیمی متشکل از Jan van Muijlwijk، Tammo Jan Dijkema، Frank Zeppenfeldt و Thomas Telkamp رخ داده است. سیگنال و پیام ارسالی از طرف کره ماه با طی کردن مسافت 730360 کیلومتر با موفقیت به سمت ایستگاه گیرنده زمینی ارسال شده و بصورت موفقیت آمیز دریافت شده است. با این اوصاف این دور ترین مسافتی است که یک پیام یا سیگنال می‌تواند توسط LoRa ارسال و دریافت شود. پیام مخابره شده در مدت زمان کوتاهی در فضا بین کره ماه و زمین وجود داشت. محققان و تیم این پروژه با استفاده از چیپ LR1110 شرکت Semtech با محدوده فرکانسی 440-430 مگاهرتز موفق به دست یابی به این نتیجه خارق العاده شده اند. شایان ذکر است به خودی خود با استفاده از بستر ارتباطی LoRa ،قادر به دست یافتن به این مسافت فوق العاده زیاد نیستیم.
تراشه LoRa مدل LR1110 با استفاده از این بستر می‌توان تا مسافت هایی در حد چند ده کیلومتر دست یافت. در این پروژه با استفاده از تقویت کننده 350 وات، و تلسکوپ گیرنده 25 متری به این میزان برد مسافتی دست یافته شده است. بعد از فراهم آودن شرایط یاد شده، پس از سپری شدن زمانی معادل 44.2 ثانیه، توسط یک چیپ مشابه در سمت زمین، پیام ارسالی از طرف کره ماه دریافت گردید. طبق متن این خبر، حتی یکی از دیتا های این پیام حاوی دیتا های LoRaWAN نیز بوده است.
رادیو تلسکوپ Dwingeloo ، که توسطCAMRAS مدیریت و راه اندازی شده است، سابقه استفاده در آزمایش ها و پروژه های دیگر را نیز داشته است. اکنون برای تبادل دیتا با ماه نیز استفاده می‌شود. اما این اولین بار است که برای تبادل دیتا با استفاده از یک چیپ مخابراتی RF کوچک مورد استفاده قرار گرفته است.
این تلسکوپ رادیوی اولین بار در سال 1956 سفارش داده شده و نقش اصلی و حیاتی را در کشف اولیه ساختار کهکشهان راه شیری با استفاده از تابش هیدروژن 21 سانتی متری ایفا کرده است. زمان ارسال و دریافت دیتا و پیام با استفاده از تراشه LR1110 ،همچنین تغییر و آفست فرکانسی ناشی از پدیده داپلر آمده بدست مقادیر .است شده گیری اندازه را است ماه و زمین نسبی حرکت از گرفته نشات که (Doppler( با مقادیر محاسبه شده با استفاده از سیستم JPL Horizons ناسا، مطابقت داشته اند. بررسی علاوه بر استفاده از تراشه LoRa ،از سیستم SDR) Software Defined Radio (برای دریافت هر دو سیگنال ارسالی و دریافتی جهت تجزیه و تحلیل های تخصصی و دقیق تر نیز در این پروژه استفاده شده است. دیتا های اندازی گیری شده و یادداشت های تحلیلی تحت عنوان دیتا های اوپن (Open data (در دسترس قرار گرفته است.
اطلاعات بیشتر و تخصصی تر از این آزمایش درکنفرانس The Things مورخ 27 ماه ژانویه سال جدید میلادی (2021 (ارائه شده. پیشنهاد می‌کنم حتما این کنفرانس عالی را دنبال کنید.