LoRa وLoRaWAN

ما الذي يعنيه المصطلحان، ولأي غرض صُمّمت LoRaWAN، وكيف تُبنى الشبكة.

طبقتان

LoRa (من “Long Range”، أي المدى البعيد) هي تقنية الإرسال اللاسلكي. تستخدم تعديل الطيف المنتشر بالتغريد (chirp spread spectrum، CSS): كل رمز نغمة تمسح القناة بأكملها. وهذا يتيح للمستقبِل فك ترميز إشارات تقع تحت مستوى الضجيج. تعود التقنية إلى الشركة الفرنسية Cycleo التي استحوذت عليها Semtech عام 2012. ولا تزال Semtech تصنع معظم شرائح LoRa اللاسلكية حتى اليوم.

تبدأ حزمة LoRa بتغريدات منتظمة (المقدمة). وفي البيانات تبدأ كل تغريدة عند تردد مختلف: نقطة البداية هذه تحمل المعلومة.

LoRaWAN هو بروتوكول الشبكة الذي يعمل فوقها. يحدد كيف تنضم الأجهزة، وكيف تُشفَّر الرسائل وتُعَدّ، وكيف تتحكم الشبكة في إعدادات الإرسال. المواصفة مفتوحة وتتولى صيانتها LoRa Alliance. والإصدارات المستخدمة هي 1.0.x (أساسًا 1.0.3 و1.0.4) و1.1. وتُحدَّد الترددات لكل منطقة من العالم في وثيقة منفصلة هي “Regional Parameters” (المعايير الإقليمية).

باختصار: LoRa هي الوصلة اللاسلكية، وLoRaWAN هي الشبكة.

لأي غرض صُمّمت LoRaWAN

كميات صغيرة من البيانات: عادةً من 10 إلى 50 بايت لكل رسالة.
إرسال نادر: من دقائق إلى ساعات بين رسالتين.
مدى بعيد: بضعة كيلومترات في المدينة، وأكثر بكثير في الريف ومع خط رؤية مباشر.
التشغيل بالبطارية: تكون الأجهزة في وضع السكون معظم الوقت تقريبًا، وتعمل غالبًا عدة سنوات.
غير مناسبة للصوت والصور والتحكم في الوقت الفعلي أو الردود المتكررة إلى الجهاز.

كيف تُبنى الشبكة

الجهاز غير مرتبط ببوابة معيّنة: كل بوابة في المدى تستقبل حزمته. ويزيل خادم الشبكة النسخ المكررة.

الجزء	المهمة
الجهاز الطرفي (node)	مستشعر أو جهاز تتبع أو جهاز اختبار ميداني. يرسل وصلات صاعدة، ويستقبل أحيانًا وصلات هابطة.
البوابة (gateway)	تستقبل كل ما تسمعه على 8 قنوات أو أكثر في آن واحد، وتمرّره دون تغيير إلى خادم الشبكة. لا تستطيع البوابة قراءة الحمولة.
خادم الشبكة (LNS)	يفحص الرسائل، ويزيل النسخ المكررة (عندما تسمع عدة بوابات الحزمة نفسها)، ويختار البوابة للرد، ويتحكم في معدل البيانات.
خادم الانضمام (join server)	يدير المفاتيح المستخدمة عند انضمام الأجهزة.
خادم التطبيق / التكامل	يفك تشفير الحمولة ويسلّمها إلى التطبيق عبر webhook أو MQTT أو وسيلة مشابهة.

لهذا يعرض جهاز الاختبار الميداني غالبًا عدة بوابات للرسالة نفسها.

الوصلة الصاعدة والوصلة الهابطة

الوصلة الصاعدة (uplink): الجهاز ← الشبكة. الحالة المعتادة.
الوصلة الهابطة (downlink): الشبكة ← الجهاز. ممكنة فقط بعد وصلة صاعدة بوقت قصير. وبينما ترسل البوابة لا تستطيع الاستقبال على أي قناة. لذلك تكون الوصلات الهابطة محدودة.

فئات الأجهزة

الفئة A: بعد كل وصلة صاعدة تُفتح نافذتا استقبال قصيرتان. وفي هذا الوقت فقط تستطيع الشبكة الرد.

الفئة	السلوك	الاستخدام المعتاد
A	بعد كل وصلة صاعدة تُفتح نافذتا استقبال قصيرتان (RX1 بعد 1 s، وRX2 بعد ثانية أخرى؛ وعلى TTN تكون RX1 بعد 5 s). وفي ما عدا ذلك يكون الجهاز في وضع السكون.	معظم المستشعرات تقريبًا، وأجهزة الاختبار الميداني أيضًا
B	نوافذ استقبال إضافية في أوقات محددة، تُزامَن بواسطة إشارات منارة (beacons) من البوابات.	نادر
C	يستمع طوال الوقت تقريبًا. استهلاك مرتفع للطاقة.	أجهزة موصولة بالشبكة الكهربائية، مثل المشغّلات (actuators)