پروتکل لورا LoRa چیست و چه کاربردی دارد؟

اینترنت اشیا یکی از دستاوردهای جذاب و مدرن دنیای فناوری است که توانسته نظر بسیاری از افراد را در جهان به خود جلب کند. اما این پدیده جالب و کاربردی برای خدمات‌دهی به افراد به فناوری‌های متعددی نیاز دارد که یکی از مهم‌ترین آن‌ها شبکه‌های ارتباطی بی‌سیم است. پروتکل لورا یک فناوری ارتباطی بی‌سیم برای اتصال دستگاه‌ها به اینترنت اشیا (IoT) است که امکان اتصال آن‌ها را از فواصل دور و با مصرف کم‌ترین انرژی ممکن فراهم می‌کند. در این مقاله از شرکت خانه هوشمند فریتز قصد داریم شما را با پروتکل لورا LoRa و کاربردهای فراوان آن آشنا کنیم.

شاید شما هم بارها شنیده باشید که اینترنت اشیا یا IoT یکی از مهم‌ترین فناوری‌های آینده خواهد بود. اینترنت اشیا به معنی این است که اشیا و دستگاه‌های مختلف می‌توانند با یکدیگر و با اینترنت ارتباط برقرار کنند و داده‌های مفیدی را جمع‌آوری و ارسال کنند. برای مثال، یک ساعت هوشمند می‌تواند ضربان قلب و فشار خون شما را اندازه‌گیری کند و به یک برنامه روی موبایل یا یک پزشک اطلاع دهد یا یک لامپ هوشمند می‌تواند با تشخیص حضور شما در اتاق، خودش را روشن یا خاموش کند.

اما برای اینکه اینترنت اشیا تبدیل به واقعیت شود، نیاز به یک فناوری ارتباطات بی‌سیم داریم که بتواند دستگاه‌های مختلف را به یکدیگر وصل کند. یکی از این فناوری‌ها پروتکل لورا است. پروتکل لورا یکی از پروتکل‌های ارتباطی برای دستگاه‌ها به‌منظور ارسال داده‌ها در فاصله‌های طولانی و با مصرف انرژی کم است.

پروتکل lora می‌تواند برای اتصال دستگاه‌هایی مانند سنسورها، دوربین‌ها، دزدگیرها و سایر لوازم خانگی هوشمند به یک شبکه بی‌سیم مناسب باشد. پروتکل لورا از یک تکنولوژی به نام چندگانه‌سازی اسپکترال استفاده می‌کند که به آن اجازه می‌دهد تا در شرایط نویز زیاد هم داده‌ها را به درستی ارسال کند.

اگر دوست دارید بدانید پروتکل لورا چیست و با مزایا و معایب پروتکل LoRa آشنا شوید، حتماً این مقاله را مطالعه کنید. در مقاله حاضر، ابتدا پروتکل lora را معرفی خواهیم کرد و با معماری پروتکل لورا آشنا خواهیم شد. در ادامه، کاربرد پروتکل lora را مورد بررسی قرار داده و ضمن آشنایی با شبکه LoRaWAN، تفاوت lora و lorawan را بیان می‌کنیم. همچنین، در پایان، به بررسی مزایا و معایب شبکه لورا و معرفی ماژول لورا خواهیم پرداخت. با ما همراه شوید.

پروتکل لورا چیست؟‏

‏Lora چیست؟ پروتکل لورا LoRa (Long Range) یک فناوری ارتباطات بی‌سیم با برد بلند و توان مصرفی پایین است که به‌طور خاص برای اینترنت اشیا طراحی شده است. مدولاسیون lora مبتنی بر فناوری CSS (Chirp Spread Spectrum) بوده و به سیگنال‌ها اجازه می‌دهد تا در سطوح پایین‌تر از نویز منتشر و بازیابی شوند. این فناوری یکی از دستاوردهای شرکت Semtech و مجموعه‌ای از شرکت‌های بزرگ فعال در حوزه فناوری به نام LoRa Alliance است.

پروتکل لورا شامل چهار لایه اصلی شامل نودها، گیت‌وی‌ها، سرور شبکه و نرم‌افزار کاربردی است. شبکه لورا از رمزگذاری AES برای امنیت داده‌ها استفاده کرده و از لینک متقارن برای ارتباط دوسویه بین دستگاه‌ها و نرم‌افزار کاربر بهره می‌برد. پروتکل lora در باندهای فرکانسی بدون نیاز به مجوز (ISM) کار می‌کند که در مناطق مختلف، متفاوت است. برای مثال شبکه لورا در ایران در باند 433 مگاهرتز کار می‌کند.

بیشتر بخوانید: پروتکل KNX چیست؛ کاربردها و مزایای استاندارد کی ان ایکس

امنیت انتقال داده‌ها در IoT با استفاده از پروتکل لورا یکی از ویژگی‌های مهم این فناوری است. پروتکل lora از دو لایه امنیتی استفاده می‌کند: یکی برای شبکه و دیگری برای برنامه. لایه شبکه مسئولیت رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها بر اساس یک کلید مشترک بین دستگاه‌های انتهایی و سرور شبکه را دارد. این کلید در هنگام پیوستن دستگاه به شبکه توسط سرور ارسال می‌شود.

لایه برنامه نیز مسئول رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها بر اساس یک کلید مشترک بین نودها (دستگاه‌های انتهایی) و نرم‌افزار است. این کلید در هنگام تولید دستگاه توسط سازنده آن تعیین می‌شود.

هر دو لایه مذکور از الگوریتم AES-128 برای رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها استفاده می‌کنند که یکی از معروف‌ترین و قوی‌ترین الگوریتم‌های رمزگذاری سمتریک است و در بسیاری از سیستم‌های امنیتی کاربرد دارد.

معماری پروتکل لورا

معماری پروتکل lora شامل چندین عنصر کلیدی است که در شبکه اینترنت اشیا (IoT) از آن‌ها استفاده می‌شود. به‌طور کلی، پروتکل لورا از چهار عنصر اصلی شامل نودها، گیت‌وی‌ها، سرورها و نرم‌افزار کاربردی برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند که در ادامه با آن‌ها آشنا خواهیم شد.

نودها (Nodes)

نودها همان دستگاه‌ها و لوازم مختلف متصل به شبکه لورا هستند. نودها می‌توانند شامل سنسورها، عملگرها یا دستگاه‌های دیگری باشند که برای برقراری ارتباط با یکدیگر از پروتکل لورا استفاده می‌کنند.

گیت‌وی‌ها (Gateways)

گیت‌وی‌ها دستگاه‌هایی هستند که نودها را به شبکه اصلی متصل می‌کنند. آن‌ها اطلاعات از نودها دریافت و آن‌ها را به سرورهای ابری ارسال می‌نمایند. اگرچه گیت‌وی‌ها در دو نوع بی‌سیم و سیمی موجود هستند، پروتکل لورا از اتصالات بی‌سیم برای برقراری ارتباط با نودها استفاده می‌کند. این‌ در حالی است که گیت‌وی‌های سیمی از پروتکل‌های دیگر مانند Ethernet یا WiFi برای برقراری ارتباط با نودها استفاده می‌کنند.

بیشتر بخوانید: سیستم برق هوشمند BMS چیست؟

سرورها (Servers)

سرورها داده‌های دریافتی از نودها را ذخیره و پردازش می‌کنند. سرورها می‌توانند به صورت محلی یا ابری باشند. در حالی که سرورهای محلی در نزدیکی نودها قرار داشته و داده‌ها را به صورت محلی ذخیره و پردازش می‌کنند، سرورهای ابری در بستر اینترنت قرار داشته و ذخیره‌سازی و پردازش داده‌ها را در فضای ابری انجام می‌دهند.

نرم‌افزارهای کاربردی (Softwares)

پروتکل lora از نرم‌افزارها برای مدیریت و نمایش اطلاعات دستگاه‌ها و ارتباطات استفاده می‌کند. این نرم‌افزارها می‌توانند شامل وب‌اپلیکیشن‌ها، اپلیکیشن‌های موبایل، یا نرم‌افزارهای مخصوص برای مدیریت اطلاعات IoT باشند. نرم‌افزارهای موجود در شبکه لورا می‌تواند برنامه‌های مختلفی باشند که از داده‌های ارسالی نودها استفاده می‌کنند.

نحوه عملکرد پروتکل Lora

به‌طور خلاصه، در پروتکل لورا، نودها اطلاعات را از طریق شبکه لورا به گیت‌وی ارسال می‌کنند. گیت‌وی‌ها نقش واسطه بین نودها و سرور را داشته و اطلاعات را ازطریق یک لینک ارتباطی مبتنی‌بر اینترنت به سرور می‌فرستند. سرور نیز مسئول مدیریت شبکه و امنیت داده‌ها در پروتکل lora بوده و اطلاعات پردازش‌شده را به نرم‌افزار ارائه می‌دهد. درنهایت، نرم‌افزار با استفاده از اطلاعات دریافتی از نودها می‌تواند کاربردهای مختلفی برای کاربران فراهم کند که از جمله آن‌ها می‌توان به رهگیری موقعیت مکانی، نظارت بر محیط زیست یا کنترل روشنایی محیط اشاره کرد.

نمایندگی اشنایدر (برند خانه هوشمند Schneider) در ایران

کاربرد پروتکل Lora

همان‌طور که اشاره شد، پروتکل لورا یک فناوری ارتباطی بی‌سیم است که برای ایجاد شبکه‌های LPWAN (شبکه‌های وسیع و کم توان) طراحی شده است. این فناوری بر اساس تکنیک‌های تعدیل طیف انتشار (CSS) کار می‌کند و امکان برقراری ارتباط در مسافت‌های طولانی با مصرف انرژی بسیار کم را فراهم می‌کند. پروتکل لورا کاربردهای گسترده‌ای در زمینه‌های مختلف دارد که در ادامه به برخی از آن‌ها شاره می‌کنیم:

• شهر هوشمند: پروتکل لورا برای جمع‌آوری داده‌های محیطی مانند دما، رطوبت، کیفیت هوا و ترافیک استفاده می‌شود. این داده‌ها می‌توانند برای نظارت بر محیط زیست، بهبود مدیریت منابع و کاهش آلودگی استفاده شوند.
• کشاورزی هوشمند: پروتکل lora می‌تواند برای نظارت بر شرایط مزارع مانند آبیاری هوشمند، دما و سلامت محصولات کشاورزی استفاده شود.
• زنجیره تأمین هوشمند: شرکت‌ها و صنایع می‌توانند برای ردیابی محصولات و محموله‌ها در طول زنجیره تأمین خود از پروتکل لورا استفاده کنند.
• سلامت و ایمنی: همچنین، می‌توان از پروتکل lora برای نظارت بر بیماران، کارگران و افراد آسیب‌پذیر استفاده کرد.
• نظارت بر تجهیزات: یکی دیگر از کاربردها پروتکل لورا، نظارت بر تجهیزات صنعتی و تجاری است. این فناوری می‌تواند برای ردیابی موقعیت تجهیزات، نظارت بر عملکرد تجهیزات و تشخیص خرابی تجهیزات به‌کار گرفته شود.
• ردیابی افراد و وسایل: افزون‌بر موارد گفته‌شده، می‌توان از پروتکل lora برای ردیابی افراد و وسایل نیز استفاده کرد. این فناوری می‌تواند برای ردیابی کودکان، سالمندان، افراد آسیب‌پذیر و وسایل نقلیه بسیار کاربردی باشد.
• کنترل از راه دور: پروتکل لورا برای کنترل از راه دور دستگاه‌ها و تجهیزات نیز استفاده شده و می‌توان با استفاده از آن لوازم مختلف مثل سیستم‌های روشنایی هوشمند، تهویه هوشمند و سایر دستگاه‌های خانگی و تجاری را از راه دور کنترل کرد.

خوشبختانه، استفاده از استفاده از فرکانس‌های مرتبط با LoRa رایگان بوده و نیاز به دریافت مجوزهای دولتی ندارد. این فرکانس‌ها شامل فرکانس‌های رادیویی زیر گیگاهرتز مانند 915 مگاهرتز، 868 مگاهرتز، 433 مگاهرتز ئ 1569 مگاهرتز می‌شود.

نمایندگی ABB (برند خانه هوشمند ای بی بی) در ایران

‏LoRaWAN چیست؟

‏Lorawan چیست؟ LoRaWAN یک پروتکل ارتباطی بی سیم است که برای ایجاد شبکه‌های گسترده کم توان (LPWAN) طراحی شده است. این فناوری بر اساس تکنیک‌های تعدیل طیف انتشار (CSS) کار و امکان برقراری ارتباط در مسافت‌های طولانی با مصرف انرژی بسیار کم را فراهم می‌کند.

LoRaWAN مخفف عبارت “Long Range Wide Area Network” است. این پروتکل در سال 2015 توسط اتحادیه LoRa توسعه یافت. درحقیقت،  پروتکل لوراون یک پروتکل بر اساس فناوری LoRa است که ویژگی‌های امنیتی، مدیریت شبکه و قابلیت همکاری را در خود دارد. اما ممکن است بپرسید تفاوت LoRa و پروتکل LoRaWAN چیست. تفاوت اصلی LoRa و LoRaWAN در این است که LoRa یک فناوری است، در حالی که LoRaWAN یک پروتکل است.

بنابراین، اصطلاح “LoRa” به فناوری ارتباطات بی‌سیم با برد بلند اشاره دارد، در حالی که “LoRaWAN” یک شبکه استاندارد برای ارتباط دستگاه‌های IoT با استفاده از فناوری LoRa است. LoRaWAN از ویژگی‌های LoRa به منظور ایجاد ارتباطات IoT بهره می‌برد و از تقسیم شبکه، امنیت، و مدیریت دستگاه‌ها پشتیبانی می‌کند.

مزایا و معایب شبکه لورا

پروتکل لورا برای برقراری ارتباطات بی‌سیم در اینترنت اشیا (IoT) به‌عنوان یک فناوری با ویژگی‌های منحصربه‌فرد شناخته می‌شود. این فناوری مزایا و معایب خود را دارد که در زیر آن‌ها را بررسی خواهیم کرد:

مزایای پروتکل lora

• برد زیاد: یکی از ویژگی‌های برجسته پروتکل lora، برد بلند آن است. این به معنای امکان ارتباط در فواصل طولانی (معمولاً تا چند ده کیلومتر یا بیشتر) بین دستگاه‌ها و در داخل ساختمان‌ها است.
• مصرف انرژی کم: دستگاه‌هایی که از پروتکل لورا استفاده می‌کنند، انرژی کمی مصرف کرده به افزایش عمر باتری دستگاه‌ها کمک می‌کنند. این ویژگی مهم در زمان‌هایی که دستگاه‌ها باید به‌صورت مداوم فعال باشند، مانند کشاورزی هوشمند، بسیار ارزشمند است.
• پوشش گسترده: پروتکل لورا به افزایش پوشش ارتباطات در مناطق روستایی و شهری کمک کرده و ارتباط در محیط‌های مختلف را بهبود می‌دهد.
• امنیت بالا: پروتکل لورا از رمزنگاری دوطرفه استفاده می‌کند و امنیت داده‌ها را در برابر حملات سایبری تضمین می‌کند.
• هزینه کم: پروتکل LoRa به‌عنوان یک فناوری ارتباطی کم‌هزینه در اجرا و نگهداری شناخته می‌شود.

هوشمند سازی ساختمان؛ اجرای هوشمند سازی خانه و منازل مسکونی

معایب پروتکل lora

• سرعت کم: یکی از معایب اصلی پروتکل لورا، سرعت کم انتقال داده‌ها در آن است. این فناوری به‌دلیل محدودیت در سرعت، برای انتقال داده‌های حجیم و پیام‌های بزرگ مناسب نیست. نرخ داده شبکه lora بین 0.3 تا 50 کیلوبیت بر ثانیه متغیر است بوده که از بسیاری از شبکه‌های بی‌سیم دیگر مانند Wi-Fi، Bluetooth و ZigBee کم‌تر است.
• ظرفیت محدود: پروتکل lora به‌عنوان یک فناوری با ظرفیت محدود شناخته شده و نمی‌تواند تعداد زیادی از دستگاه‌ها را هم‌زمان پشتیبانی کند.
• تداخل باند فرکانسی: شبکه لورا در باندهای فرکانسی بدون نیاز به مجوز (ISM) کار می‌کند که در مناطق مختلف متفاوت است. این باندهای فرکانسی برای استفاده عمومی آزاد هستند و می‌توانند توسط هر کسی برای هر کاربردی استفاده شوند. این موضوع ممکن است باعث ایجاد تداخل بین شبکه لورا و سایر شبکه‌های بی‌سیمی که از همان باند فرکانسی استفاده می‌کنند، شود. این تداخل می‌تواند کیفیت لینک و عملکرد شبکه را کاهش دهد.

ماژول lora چیست؟

ماژول لورا (LoRa Module) یک مدار الکترونیکی است که از فناوری لورا برای برقراری ارتباط بی‌سیم استفاده می‌کند. این ماژول‌ها معمولاً در دستگاه‌های کوچک و کم‌مصرف مانند سنسورها، عملگرها و دستگاه‌های IoT استفاده می‌شوند.

این ماژول‌ها معمولاً شامل یک تراشه الکترونیکی LoRa (مانند تراشه SX1276 یا SX1262 از شرکت Semtech) و یک آنتن می‌شوند. ماژول‌های LoRa به‌عنوان واسطه‌های ارتباطی بین دستگاه‌های اینترنت اشیا و شبکه‌های LoRa یا LoRaWAN Wide عمل می‌کنند.

برای پیاده‌سازی و راه اندازی ماژول لورا، از برد توسعه، آنتن، منبع تغذیه و نرم‌افزارهای IDE استفاده می‌شود که جزو وسایل لازم برای توسعه و ابزارهای برنامه‌نویسی برای LoRa محسوب می‌شوند. معمولاً برای انجام این کار باید ابتدا با گذراندن آموزش lorawan و آشنایی با پیکربندی شبکه‌های LoRa و سخت‌افزار تجهیزات LoRa کار را شروع کرد.

بیشتر بخوایند: قیمت خانه هوشمند

پرسش‌های متداول

 جمع‌بندی

در این مقاله، به‌طور جامع به بررسی پروتکل لورا پرداختیم. پروتکل lora یک فناوری ارتباطی بی‌سیم است که برای ایجاد شبکه‌های گسترده کم توان (LPWAN) طراحی شده است. به‌طور دقیق‌تر، پروتکل LoRaWAN از فناوری LoRa برای انتقال داده‌ها بهره برده و برای استفاده از آن باید از ماژول lora بهره گرفت.

همان‌طور که گفته شد، پروتکل لورا از چهار عنصر اصلی، شامل نودها، گیت‌وی‌ها، سرورها و نرم‌افزارها تشکیل می‌شود که با گذراندن فرآیند دریافت، پردازش و انتقال اطلاعات می‌توانند کاربردهای مختلفی در شهرهای هوشمند داشته باشند. از جمله مهم‌ترین کاربردهای پروتکل لورا نیز به مواردی مثل کشاورزی هوشمند، زنجیره تأمین هوشمند، سلامت و ایمنی، نظارت بر تجهیزات، ردیابی افراد و وسایل و کنترل از راه دور ابزارها اشاره کردیم.

طبق اطلاعات ارائه‌شده در این مقاله، پروتکل lora دارای مزایای متعددی است که آن را به گزینه‌ای جذاب برای انتقال اطلاعات در شبکه‌های اینترنت اشیا تبدیل کرده است. پروتکل لورا نه‌تنها دارای برد بسیار طولانی است، بلکه مصرف انرژی آن نیز درمقایسه‌با سایر فناوری‌های ارتباطی بسیار کم‌تر است. همچنین، راه‌اندازی شبکه لورا کم‌هزینه بوده و به‌دلیل رمزگذاری اطلاعات، از امنیت زیادی برخوردار است. بااین‌حال، این پروتکل نیز با معایبی همراه است که سرعت کم، ظرفیت محدود و تداخل فرکانس از جمله مهم‌ترین آن‌ها به شمار می‌رود.