قال ستيفن هوكينج ذات مرة: "منذ ملايين السنين ، عاشت البشرية مثل الحيوانات. ثم حدث شيء أطلق قوة خيالنا. لقد تعلمنا التحدث ".
هناك قفزة ثورية مماثلة يتم ملاحظتها حاليًا في مجال التكنولوجيا. التكنولوجيا تتعلم التواصل. نتيجة لذلك ، ظهرت قدرات تحليلية وعمليات وعمليات جديدة. تطوير تقنيات الاتصالات سريع جدًا ، ويستجيب باستمرار لأحدث المتطلبات. واحدة من القوى الدافعة وراء هذه الابتكارات هي إنترنت الأشياء (IoT) ، وهي عبارة عن منصة لتبادل القيم المقاسة ونقل الأوامر عن بعد بين التقنيات التي عملت من قبل بشكل مستقل.
الآن نرى السيارات تتواصل مع مواقف السيارات ، ومقاييس رطوبة التربة مع أنظمة متخصصة تقوم بنقل البيانات للجمع ، أو ثلاجة في المطبخ تتصل بقائمة تسوق على الهاتف المحمول.
في المدن الحديثة ، يمكن أن تتعثر تكنولوجيا إنترنت الأشياء في كل زاوية تقريبًا. ومع ذلك ، فإن السؤال التالي يطرح نفسه: كيف نضمن نقل البيانات بجودة عالية في مثل هذه البيئة المفتوحة ، والتي ، بطبيعة الحال ، هناك مدن حيث يتعين عليك في كثير من الأحيان إجراء نقل البيانات اللاسلكية؟
محطة الطقس المثبتة على مصباح الشارع ، أو كاميرا تتبع حركة المرور أو سوار التنبيه الطبي مع زر "مساعدة" على معصم المتقاعد - كل هذا يجعل متطلبات الاتصالات المختلفة.
حاليًا ، يمكننا اختيار أحد تقنيات الاتصال التالية.
واي فاي
التكنولوجيا الأكثر استخداما في المنازل والأماكن العامة اليوم هي بلا شك واي فاي. هذه التقنية التي تم اختبارها باستمرار والتي يتم تحسينها باستمرار مناسبة لنقل كميات كبيرة من البيانات من أجهزة مختلفة ، مثل الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية ، مثل الهواتف المحمولة أو الأجهزة اللوحية. ومع ذلك ، فإن عيوبه هي الطاقة المرسلة العالية ، الحمل الزائد للأجهزة الطرفية ومجموعة محدودة من الإشارات (عادة لا تزيد عن مئات الأمتار في المناطق المفتوحة). لهذا السبب نادراً ما نختار الأجهزة البسيطة أو ذات الأغراض الفردية التي تستخدم Wi-Fi. من ناحية أخرى ، حقيقة أن شبكة Wi-Fi ليست كافية في النطاق ، إنها في السرعة وتدفق البيانات. نشهد اليوم أول عمليات نشر لشبكات Wi-Fi التي يمكن أن تؤدي إلى تطبيقات جديدة واعتماد أوسع في المستقبل. يمكن مشاهدة مثال مثير للاهتمام في تغطية كامل أراضي البلاد من خلال الوصول إلى الإنترنت اللاسلكي في برشلونة.
شبكات GSM G / 4G
كانت هذه أول تقنيات لاسلكية منتشرة على نطاق واسع. تكمن ميزتها المطلقة في المدن في موثوقية الإرسال والتغطية ومجموعة واسعة من الأجهزة. على سبيل المثال ، أصبحت أجهزة الاتصالات عبر GSM / GPRS مصدرا قيما للمعلومات لأنظمة تقدير الحركة. بدون معرفة ذلك ، تتبادل الهواتف المحمولة معلومات حركة المرور مع خدمات مثل خرائط Google أو Yandex.Maps. سيتم قريبا القضاء على أوجه القصور التي يأملها الكثيرون ويتوقعونها
وذلك لأن الشبكات تتطلب بطاقة SIM ، والتي تستبعد بعض التطبيقات حيث لا يمكن استخدام بطاقات SIM ، على سبيل المثال ، بسبب نقص المساحة.
SigFox
كانت SigFox تقنية فرنسية في الأصل ، ولكنها اليوم هي أسرع عمليات إنترنت الأشياء نمواً في العالم من خلال عمليات في 60 دولة. تم تصميمه بشكل أساسي لتوفير اتصال سريع وسهل بين الأجهزة التي تعمل باللمس داخل شبكتها اللاسلكية.
لورا / لوراوان
إلى جانب SigFox ، فمن المحتمل أن يكون WAN الأكثر استخدامًا (شبكة واسعة النطاق). ومع ذلك ، بخلاف SigFox ، فإنه لا يحتوي على مشغل واحد فقط ، مما يعني أنه لا يمكن للجميع إنشاء شبكة LoRaWAN الخاصة بهم وفقًا لاحتياجاتهم فحسب ، ولكن أيضًا تقديمها بشكل مستقل. غالبًا ما تكون هذه التقنية هي الاختيار المفضل لعدادات المياه أو الغاز أو الكهرباء داخل نفس المبنى أو في المباني الكبيرة. يوفر LoRaWAN أيضًا اتصالًا ثنائي الاتجاه موفرًا للطاقة ، لذلك يمكن لمستشعر بسيط مزود ببطارية صغيرة نقل البيانات لمدة تصل إلى 10 سنوات. مثل SigFox ، لدى LoRaWAN أيضًا نطاق إشارة جيد ، ولهذا السبب يتم استخدامه غالبًا في المناطق التي يصعب الوصول إليها دون إشارة GSM.
NB-تقنيات عمليات
غالبًا ما يُنظر إلى NB-IoT على أنها تقنية تعالج معظم أوجه القصور التي يعاني منها منافسوها الحاليون. ومع ذلك ، فإن أكبر مشكلة حتى الآن هي انتشارها المحدود ، مما يعني أنه ليس لدينا معلومات كافية حول تطبيقها ، حيث تعتمد هذه التكنولوجيا على تغطية شبكة 4G وستستخدمها بشكل رئيسي شركات الاتصالات القائمة التي لديها بالفعل بنية تحتية. لذلك ، يمكننا أن نتوقع تغطية داخلية وخارجية جيدة. وفقًا لمواصفاتها ، يجب تشغيل NB-IoT بشكل أسرع من LoRa (WAN) وتقديم أفضل جودة خدمة (QoS). في المستقبل القريب ، فإن تطوير هذه التكنولوجيا يستحق الاهتمام بالتأكيد.
بلوتوث / بلوتوث منخفضة الطاقة
مثل Wi-Fi ، إنها تقنية مستخدمة على نطاق واسع. اليوم ، كل هاتف ذكي مزود ببطاقة Bluetooth. وقد تم تصميمه خصيصا للاتصال مسافة قصيرة. ومع ذلك ، يجب عدم الخلط بين Bluetooth و BLE (تقنية Bluetooth منخفضة الطاقة). بينما تم تصميم تقنية Bluetooth التقليدية بشكل أساسي لنقل البيانات بشكل مستمر ، على سبيل المثال ، لنقل الصوت باستخدام سماعات رأس لاسلكية ، تركز BLE على نقل البيانات منخفضة الطاقة في الأجهزة المصممة للعمل على طاقة البطارية لعدة سنوات. وعادة ما تستخدم في منارات ما يسمى ، أي في أجهزة الإرسال الصغيرة التي تنقل الرسائل باستمرار. بعد تثبيت تطبيق الهاتف المحمول الضروري ، يمكن لـ BLE المساعدة في التنقل في المركز التجاري ومراقبة عدد الزوار وقياس درجة حرارة الغرفة أو مستوى ثاني أكسيد الكربون. يستخدم بليه أيضًا في ما يسمى بالملابس القابلة للارتداء ، مثل أساور اللياقة البدنية. وهي مجهزة ببطاريات مصغرة ويمكن أن تعمل لعدة أيام أو أسابيع بتهمة واحدة.
EnOcean
تستحق هذه التقنية اللاسلكية اهتمامًا خاصًا لأنها مختلفة تمامًا عن غيرها. إنها تستخدم ما يسمى تقنيات حصاد الطاقة التي تسمح لها بالعمل بدون كابل أو بطارية أو مصدر طاقة آخر. إنها تستمد الطاقة من بيئتها باستخدام الألواح الشمسية (الضوء) ، الألواح الحرارية (الحرارة) ، أو المفاتيح الميكانيكية (الطاقة الحركية). وبالتالي ، فهو لا يعاني من العيب الموجود في منافسيه: الحاجة إلى استبدال البطارية بشكل منتظم. تعتبر تقنية EnOcean مناسبة بشكل خاص للاستخدام في المباني التي توفر لها أكبر مجموعة من المنتجات. أكثرها إثارة للاهتمام هي رؤوس الحرارة ، التي تستهلك الطاقة من مشعات ، أو مقابض النوافذ التي ، بعد تحول ، شحن الأجهزة الإلكترونية وإرسال إشارة إلى نظام التحكم أن النافذة مفتوحة.
زيجبي
ZigBee هي بلا شك واحدة من التقنيات اللاسلكية الأكثر شعبية للاستخدام الداخلي. قام العديد من الشركات المصنعة بتكييف هذه التكنولوجيا ، بما في ذلك Philips مع نظام الإضاءة HUE أو IKEA الخاص بها مع أجهزتها TRÅDFRI. كما أن لديها تطبيقات صناعية ، على سبيل المثال ، في العدادات الذكية. تستخدم هذه التقنية شبكة سلكية ولديها استهلاك منخفض للطاقة بسبب وضع السكون الذي يمكن أن يدخله الجهاز في ظروف معينة وبالتالي يوفر طاقة البطارية.
RF الخاصة
تقدم شركات التنفيذ أحيانًا حلولًا استنادًا إلى بروتوكولاتها ، أي البروتوكولات التي يتم تطويرها عادةً بواسطة نفس الشركة المصنعة وتتعارض مع بعضها البعض ، أو تتطلب محولات البروتوكول لتحقيق التشغيل المتداخل. في حين أن هذه ميزة مرحب بها في أنظمة الحماية المنزلية اللاسلكية ، فإن أجهزة إنترنت الأشياء عادةً ما تتجنب استخدام هذه التقنيات لأنها صعبة أو شبه مستحيلة.
مزيج من عدة بروتوكولات الاتصال
قد تستفيد بعض مناطق التطبيق من استخدام بروتوكولات الاتصال المتعددة. خذ على سبيل المثال ، ملء أجهزة استشعار مستوى المثبتة في حاويات النفايات. وكقاعدة عامة ، يرسل كل مستشعر في النطاط بيانات القياس الخاصة به إلى الوحدة الرئيسية ، التي تعمل بمثابة مركز بيانات. تستخدم المستشعرات بروتوكول Bluetooth منخفض الطاقة الموفر للطاقة لإنشاء اتصالات. ثم تجمع الوحدة الرئيسية هذه البيانات وتنقلها عبر بروتوكول اتصال آخر ، على سبيل المثال ، GSM أو SigFox. الميزة الرئيسية لهذه الطريقة هي تحسين تكاليف الاتصالات في الإخراج.
استهلاك الطاقة اللاسلكية
هناك أوقات يتم فيها تثبيت أجهزة الاستشعار في أماكن يصعب الوصول إليها ، أو عندما يبدو التغيير المتكرر للبطارية غير مرغوب فيه ، لأنه يزيد من تكاليف الصيانة. لذلك ، عند البحث عن التكنولوجيا المناسبة ، من المهم مراعاة كيف تؤثر العوامل التالية على عمر البطارية:
- معدل البيانات
- مستوى التوهين لإشارة الإرسال ؛
- قوة إشارة جهاز الإرسال.
مطلوب معدل نقل بيانات مختلف عن وجود عداد ماء ذكي أو عند القياس ، على سبيل المثال ، الحد الأقصى لاستهلاك الطاقة لمدة 15 دقيقة. من ناحية أخرى ، لا يمكن لمحطة الطقس الموجودة في وسط المدينة والمجهزة بأجهزة استشعار الغبار أو أجهزة استشعار انبعاثات أكاسيد النيتروجين أو أكسيد النيتروجين أن تنقل البيانات إلا إذا تجاوزت القيم الحدية. يضيف مصنعو أجهزة الاستشعار العالمية وظيفة سكون إلى أجهزتهم ، الأمر الذي يبقي المستشعر في وضع الطاقة المنخفضة ، ويستيقظ مرة واحدة ، على سبيل المثال ، 4 ساعات ، ثم ينقل البيانات المقاسة مؤخرًا تسمح لك بعض التقنيات اللاسلكية بتعديل مستوى أداء الإرسال ، والذي له تأثير مباشر على استهلاك الطاقة.
عادة ما تستخدم شبكات الاتصالات طوبولوجيا نجمية ، أي لديهم مرسل / مستقبل رئيسي واحد ، يعمل كقناة وينقل الرسائل بين جميع مكونات الشبكة (على سبيل المثال ، Wi-Fi ، GSM ، SigFox ، إلخ). ومع ذلك ، في بعض مناطق النشر ، يتم العثور على شبكات الشبكات بشكل متزايد. هذه شبكة يتبادل المشاركون - ما يسمى العقد - البيانات مباشرةً ، بينما يمكنهم أيضًا إعادة توجيه الرسائل من العقد "المجاورة" الخاصة بهم. لذلك ، مع زيادة عدد عقد الشبكة المشاركة فيه ، يزيد مداها ، وغالبًا ما تكون موثوقيتها. ومع ذلك ، قد لا تكون الشبكة هي الخيار المثالي للاتصال لمسافات طويلة ، حيث قد تتطلب استخدام عدد كبير من العقد ، مما يؤدي تلقائيًا إلى تباطؤ في نقل البيانات. لضمان وجود قناة اتصال مثالية ، يعد الموضع الصحيح للعقدة جانبًا آخر يجب مراعاته عند تصميم وبناء شبكة.