پروتکل لورا (lorawan) و مزیت ویژه آن چیست؟

در دنیای فناوری و اینترنت اشیا (IoT)، نیاز به شبکه‌های کم‌مصرف و بلند برد روزبه‌روز بیشتر احساس می‌شود. در این میان، یکی از پروتکل‌های خانه هوشمند پیشرو که تحولی شگرف در ارتباطات بی‌سیم ایجاد کرده، LoRaWAN است. اما Lorawan چیست و چگونه کار می‌کند؟ چرا این پروتکل در هوشمندسازی ساختمان‌ها به یکی از بهترین گزینه‌ها تبدیل شده است؟ پروتکل loRa به دستگاه‌های هوشمند امکان می‌دهد که با مصرف انرژی کم و در فواصل طولانی، داده‌ها را ارسال کنند. از هوشمندسازی خانه‌ها گرفته تا مدیریت شهرهای هوشمند، پروتکل لورا نقش مهمی در بهبود کیفیت زندگی ما دارد.

در ادامه با ساختار، مزایا و کاربردهای این فناوری نوین بیشتر آشنا می‌شویم؛ بنابراین، اگر می‌خواهید درباره پروتکل لورا اطلاعات بیشتری کسب کنید، تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.

فناوری پروتکل لورا چیست؟

برای درک بهتر پروتکل LoRaWAN‌، ابتدا باید با مفهوم لورا (LoRa) آشنا شویم. اینکهLora  چیست و چه نقشی در پروتکل LoRaWAN دارد؟

LoRa مخفف عبارت “Long Range”‌، یک فناوری ارتباطی بی‌سیم است که توسط شرکت Semtech توسعه داده شده است. این فناوری که برای انتقال داده‌ها در فواصل طولانی طراحی گردیده، امکان ارتباط بین دستگاه‌ها را بدون نیاز به مصرف زیاد انرژی فراهم می‌کند.

پروتکل لورا با استفاده از تکنیکی به نام مدولاسیون فرکانس گسترده (Chirp Spread Spectrum) کار می‌کند که امکان ارسال داده‌ها را حتی در شرایط ضعف سیگنال امکان‌پذیر می‌سازد. این ویژگی‌ها، پروتکل loRa را به یکی از مناسب‌ترین گزینه‌ها برای ارتباطات در محیط‌های صنعتی، کشاورزی و شهری تبدیل کرده است.

در پروتکل لورا‌(LoRawan)‌، لورا به‌عنوان لایه فیزیکی عمل می‌کند و وظیفه ارسال داده‌ها را بر عهده دارد. لایه‌های بالاتر، مانند مدیریت شبکه و رمزنگاری داده‌ها، توسط Lorawan مدیریت می‌شوند.

ویژگی‌های پروتکل لوراوان‌(LoRawan)

ویژگی‌های کلیدی پروتکل loRa عبارتند از:

• برد طولانی:
  پروتکل لورا می‌تواند داده‌ها را در فواصل طولانی ارسال کند؛ تا ۱۰ کیلومتر در مناطق باز و ۳ تا ۵ کیلومتر در مناطق شهری.
• مصرف انرژی پایین:
  دستگاه‌های مبتنی بر لورا می‌توانند با یک باتری کوچک سال‌ها کار کنند که این ویژگی برای سنسورها و دستگاه‌های IoT بسیار حیاتی است.
• مقرون‌به‌صرفه:
  LoRa از فرکانس‌های رادیویی بدون نیاز به مجوز (ISM band) استفاده می‌کند که باعث کاهش هزینه‌های زیرساختی می‌شود.
• مقاومت در برابر نویز:
  این فناوری امکان انتقال داده حتی در محیط‌های شلوغ و پر نویز را فراهم می‌کند.

در مقابل این ویژگی‌ها، LoRa محدودیت‌هایی نیز دارد، از جمله موارد زیر‌:

• پهنای باند محدود: لورا برای انتقال داده‌های ساده (مانند دما یا رطوبت) طراحی شده و نمی‌تواند داده‌های حجیم مانند ویدئو را ارسال کند.
• سرعت پایین: نرخ انتقال داده در LoRa به‌مراتب پایین‌تر از پروتکل‌هایی مانند Wi-Fi است.

پروتکل LoRaWAN چیست؟

حال که با مفهوم LoRa آشنا شدیم، وقت آن رسیده که ببینیم LoRaWAN چیست؟

LoRaWAN مخفف عبارت Long Range Wide Area Network‌، پروتکلی است که بر پایه فناوری LoRa ساخته شده است. این پروتکل به‌عنوان یک استاندارد لایه شبکه عمل می‌کند و مدیریت ارتباطات بین دستگاه‌های مختلف را بر عهده دارد. در حقیقت، Lorawan به دستگاه‌های IoT اجازه می‌دهد در فواصل بسیار طولانی، داده‌ها را ارسال و دریافت کنند. یکی از ویژگی‌های کلیدی پروتکل Lorawan، تمرکز بر امنیت داده‌ها است. این پروتکل از رمزنگاری AES برای اطمینان از محرمانگی اطلاعات استفاده می‌کند.

از دیگر ویژگی‌های LoRaWAN می‌توان به برد بالا و مصرف انرژی پایین اشاره کرد. همچنین این پروتکل قادر است ارتباط هم‌زمان هزاران دستگاه را مدیریت کند.

تفاوت LoRa و LoRaWAN چیست؟

هرچند این دو اصطلاح به یکدیگر مرتبط هستند، اما تفاوت‌هایی نیز با هم دارد که در ادامه به آنها می‌پردازیم:

• تفاوت در سطح عملکرد:

LoRa تنها به لایه فیزیکی (Physical Layer) مربوط می‌شود و وظیفه ارسال سیگنال‌های رادیویی را بر عهده دارد.

Lorawan یک پروتکل شبکه است که لایه‌های بالاتر را مدیریت می‌کند، از جمله نحوه ارسال و دریافت داده‌ها و احراز هویت دستگاه‌ها.

• تفاوت‌های کاربردی:

لورا برای ایجاد ارتباطات بی‌سیم در فواصل بلند استفاده می‌شود.

Lorawan وظیفه تنظیم و مدیریت ارتباطات بین دستگاه‌ها و سرورها را بر اساس استاندارد مشخصی بر عهده دارد.

• تفاوت‌های امنیتی:

پروتکل loRa به‌تنهایی امنیت خاصی برای داده‌ها ارائه نمی‌دهد. درحالی‌که Lorawan از رمزنگاری  AESبرای تأمین امنیت ارتباطات و حفاظت از داده‌ها استفاده می‌کند.

• مدیریت دستگاه‌ها:

پروتکل لورا قابلیت مدیریت دستگاه‌ها را ندارد و تنها بر روی انتقال سیگنال تمرکز دارد. اما Lorawan مدیریت احراز هویت، مصرف انرژی و تنظیمات ارتباطی دستگاه‌ها را بهینه‌سازی می‌کند.

در نهایت، LoRa یک فناوری سخت‌افزاری است و به‌عنوان زیرساخت ارتباطی عمل می‌کند، درصورتی‌که Lorawan نقش پروتکل نرم‌افزاری را ایفا کرده و تضمین می‌کند که ارتباطات به‌صورت امن، سازمان‌یافته و کارآمد انجام شوند.

معماری پروتکل LoRaWAN

پروتکل LoRaWAN بر اساس معماری ستاره‌ای (Star Topology) طراحی شده که در آن دستگاه‌های نهایی (End Devices) مستقیماً با یک یا چند دروازه (Gateway) ارتباط برقرار می‌کنند. در ادامه، اجزای اصلی معماری Lorawan و نحوه کارکرد آن را توضیح می‌دهیم.

دستگاه‌های نهایی (End Devices)

این دستگاه‌ها شامل حسگرها و دستگاه‌های IoT هستند که داده‌ها را از محیط جمع‌آوری کرده و بهGateway  ارسال می‌کنند. مثل: حسگرهای دما، رطوبت، حرکت و…

دروازه‌ها (Gateways)

دروازه‌ها به‌عنوان پل ارتباطی میان دستگاه‌های نهایی و سرور مرکزی عمل می‌کنند. در حقیقت داده‌های ارسال‌شده توسط دستگاه‌های انتهایی را دریافت کرده و آن‌ها را از طریق پروتکل‌های استاندارد اینترنت مانند TCP/IP یا Ethernet به سرور شبکه منتقل می‌کنند.

سرور شبکه (Network Server)

این بخش وظیفه مدیریت و پردازش داده‌ها، رمزنگاری و اطمینان از امنیت اطلاعات را بر عهده دارند.

سرور برنامه لوراوان (Application Server)

این قسمت داده‌های پردازش‌شده را دریافت کرده و آن‌ها را برای استفاده در برنامه‌های کاربردی آماده می‌کند. این سرور ممکن است اطلاعات را برای اپلیکیشن‌های هوشمند خانگی، کشاورزی، صنعتی یا شهری ارسال کند.

نکته: داده‌هایی که از دستگاه‌های IoT ارسال می‌شوند، با استفاده از الگوریتم رمزنگاری AES (Advanced Encryption Standard) ایمن‌سازی می‌شوند.

معماری Lorawan به دلیل سادگی، مقیاس‌پذیری و امنیت، یکی از گزینه‌های محبوب برای پیاده‌سازی پروژه‌های هوشمندسازی است. اگر به دنبال راهکارهایی برای داشتن خانه هوشمند هستید، پیشنهاد می‌کنیم سری به صفحه هوشمند سازی خانه بزنید.

کاربردهای پروتکل LoRaWAN

پروتکلLoRaWAN  به دلیل ویژگی‌هایی مانند مصرف انرژی کم، بُرد بالا، مقیاس‌پذیری و امنیت بالا، در صنایع گوناگون به کار گرفته می‌شود. در این بخش به برخی از کاربردهای کلیدی این پروتکل در حوزه‌های مختلف اشاره می‌کنیم:

1. خانه هوشمند:

فناوری Lorawan یکی از بهترین گزینه‌ها برای استفاده در اتوماسیون خانه هوشمند است. قابلیت‌های منحصربه‌فرد خانه هوشمند lora امکان مدیریت هوشمند سیستم‌های مختلف را فراهم می‌کند. از جمله:

• کنترل روشنایی، مدیریت انرژی، سیستم‌های تهویه‌مطبوع و امنیت.
• امکان اتصال تمام دستگاه‌های هوشمند به یک شبکه واحد.
• کنترل از راه دور از طریق اپلیکیشن‌های موبایل.

2. شهر هوشمند:

Lorawan ارتباط دستگاه‌های مختلف را در سطح شهر تسهیل می‌کند و داده‌های مرتبط را برای تحلیل و تصمیم‌گیری سریع به سرورها ارسال می‌کند. کاربردهای آن در شهر هوشمند عبارتند از:

• نظارت بر کیفیت هوا، ترافیک و سیستم‌های حمل‌ونقل عمومی.
• مدیریت هوشمند پسماند و روشنایی معابر عمومی.
• پایش مصرف انرژی و آب در مناطق مسکونی و تجاری.

3. کشاورزی هوشمند:

سنسورهای مبتنی بر Lorawan با مصرف کم انرژی، داده‌ها را از زمین‌های کشاورزی به سرور ارسال می‌کنند و کشاورزان می‌توانند از طریق اپلیکیشن‌های هوشمند وضعیت مزارع خود را کنترل کنند. به‌عنوان‌مثال:

• نظارت بر رطوبت خاک و شرایط آب‌وهوایی.
• مدیریت سیستم‌های آبیاری بر اساس داده‌های لحظه‌ای.
• کنترل از راه دور تجهیزات کشاورزی.

4. صنایع و کارخانه‌های هوشمند:

سنسورهای Lorawan اطلاعات تجهیزات صنعتی را ثبت کرده و برای تصمیم‌گیری‌های خودکار به سیستم‌های کنترل ارسال می‌کنند. کاربردهای این پروتکل در صنایع عبارتند از:

• نظارت بر عملکرد ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی.
• پیش‌بینی خرابی‌ها با داده‌های جمع‌آوری‌شده از سنسورها.
• بهینه‌سازی مصرف انرژی در فرایندهای تولید.

5. سلامت و پزشکی:

دستگاه‌های متصل به Lorawan می‌توانند اطلاعات حیاتی بیماران را به مراکز درمانی ارسال کنند. از جمله:

• پایش از راه دور بیماران و نظارت بر شرایط آن‌ها.
• مدیریت تجهیزات پزشکی و داروخانه‌های هوشمند.

مزایای استفاده از پروتکل لورا در خانه‌های هوشمند

ممکن است این سؤال برایتان پیش بیاید که مزایای استفاده از پروتکل لورا چیست؟ چرا برای هوشمند سازی خانه باید پروتکل loRa را نسبت به سایر پروتکل‌ها انتخاب کنیم؟ در پاسخ باید گفت، استفاده از فناوری Lorawan می‌تواند تأثیر چشمگیری در کاهش هزینه‌های هوشمندسازی ساختمان داشته باشد. در مقایسه با دیگر پروتکل‌ها مانند Wi-Fi یا Zigbee، Lorawan مزایای منحصر‌به‌فردی دارد که در ادامه به آن می‌پردازیم:

اولین مزیت Lorawan، برد طولانی آن است که به‌مراتب بیشتر از Zigbee و Z-Wave است. این ویژگی، مخصوصاً برای خانه‌های بزرگ یا ویلاهایی با فضای باز گسترده، بسیار کاربردی است.

مزیت دوم، مصرف انرژی بسیار پایین است. دستگاه‌های متصل به Lorawan می‌توانند با باتری‌های کوچک تا چند سال کار کنند، درحالی‌که Wi-Fi و برخی پروتکل‌های دیگر انرژی بیشتری مصرف می‌کنند.

علاوه بر این، مقیاس‌پذیری بالا و امکان اتصال هزاران دستگاه بدون افت کیفیت،Lorawan  را از سایر پروتکل‌ها متمایز می‌کند. همچنین، استفاده از رمزنگاری AES، امنیت بالاتری نسبت به بسیاری از پروتکل‌های مشابه فراهم می‌کند.

بنابراین، اگر به دنبال پوشش گسترده، مصرف کم انرژی و امنیت بالا هستید،Lorawan  یک گزینه ایده‌آل برای اتوماسیون خانه هوشمند است.

LoRaWAN چیست‌؟ پلی میان دستگاه‌های هوشمند و ارتباطات بی‌سیم

در این مقاله سعی کردیم به سؤالاتی مثل Lorawan چیست و چرا از پروتکل لورا در هوشمند سازی خانه استفاده کنیم، پاسخ دهیم. استفاده از خانه هوشمند lora، راهکاری نوآورانه برای مدیریت تجهیزات با کمترین هزینه و بالاترین کارایی است. اگر به دنبال ارتقای خانه خود به سطحی هوشمندتر هستید، وقت آن است که LoRaWAN را به‌عنوان یک گزینه جدی در نظر بگیرید.

شرکت هوشمند سازی هوش آرا با داشتن بیش از ۵ سال سابقه در این صنعت و ارائه خدماتی همچون هوشمند سازی اداره و خانه‌ها‌، قصد دارد تا اطلاعات مهم و کاربردی این صنعت را در قالب مقالات حوزه هوشمند سازی در اختیار شما قرار دهد‌. در صورتی که سوالی در این زمینه دارید می‌توانید آن را زیر این مقاله کامنت کنید یا با کارشناسان ما تماس بگیرید‌.