توجه: این پست به منظور آشنایی اکوسیستم فاوای کشور با فناوری LoRaWAN، شبکه اشیاء ایران و نحوه اتصال به آن ارسال شده است و با گذشت زمان تکمیل و در صورت نیاز مطابق با تازه‌ترین تغییرات اصلاح خواهد شد. با تشکر از آقایان مهندس پیروی و مهندس میرحسینی، از اعضای کامینیوتی شبکه اشیاء ایران به منظور مشارکت در تهیه این مستند. (آخرین بروزرسانی: ۴ مرداد ۱۳۹۵)
آشنایی با شبکه اشیاء و فناوری LoRaWAN
شبکه اشیاء (The Things Network, TTN) شبکه‌ای باز، جهانی و مبتنی بر جمع‌سپاری است که براساس تکنولوژی LoRaWAN و به منظور ارائه ارتباطات بی‌سیم کم توان (Low Power) و دور برد (Long Range)، پیاده‌سازی و ارائه شده است. «شبکه اشیاء ایران» نیز با ایده‌ای مشابه و متناسب با شرایط بومی و البته به عنوان عضوی از شبکه جهانی TTN، از اواخر پاییز ۹۴ رسما آغاز بکار کرد. هم‌اکنون شما می‌توانید در مناطق تحت پوشش از بستر شبکه استفاده کنید و در صورت تمایل با پیوستن به جامعه (Community) ما، در روند توسعه شبکه نیز مشارکت کنید.
LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) نوعی پروتکل دسترسی به رسانه (MAC) برای شبکه‌های کم مصرف و دور برد مبتنی بر فناوری رادیویی LoRa است. در مدل استاندارد OSI، LoRa در لایه ۱(لایه فیزیکی) و LoRaWAN در لایه ۲ و ۳ جای می‌گیرد. شبکه LoRaWAN از توپولوژی Star-of-stars بهره می‌برد که در آن گره‌ها با یک یا چند Gateway ارتباط برقرار می‌کنند و Gatewayها نیز به سرور متصل هستند. مزایای اصلی این ستاره عبارت است از سادگی ارایه شبکه، کنترل مرکزی و عیب‌یابی و همچنین الگوریتم‌های ساده دسترسی.
اجزای اصلی شبکه در LoRaWAN عبارتند از:
۱- گره (Node): دستگاه‌های ساده‌ای که در محیط جایگذاری شده و به جمع‌آوری داده‌های مورد نظر و … می‌پردازند. گره‌ها معمولاً می‌توانند پیام‌های کوچک را به صورت دوره‌ای دریافت یا پخش کنند. دوره ارسال یا دریافت پیام در تجهیزات متفاوت است و برخی از آنها به صورت دقیقه‌ای و برخی ساعتی به ارسال و دریافت اطلاعات می‌پردازند.
۲- درگاه اتصال (Gateway): آنتن‌هایی که اطلاعات ارسالی از گره‌ها را در محیط تحت پوشش خود دریافت و برای سایر گره‌ها ارسال می‌کنند. Gatewayها به اینترنت متصل هستند و با سرورهای اصلی شبکه در ارتباطند. Gatewayها توانایی برقراری پوششی گسترده را دارند، به طوری که می‌توانند از اتصال بین گره‌ها با مسافتی در حد چند کیلومتر (حدود ۵ کیلومتر در مناطق شهری و تا ۱۵ کیلومتر در دید مستقیم) پشتیبانی نمایند.
۳- سرور مرکزی به منظور مدیریت شبکه: که مدیریت مسیریابی پیام از یک گره به برنامه کاربردی و برعکس را برعهده دارد. بطور خاص در شبکه اشیاء اجزای میانی دیگری چون Router و Handler نیز با هدف توزیع‌یافتگی شبکه در نظر گرفته شده‌اند.
همچنین متناسب با هر کاربرد، یک سرور اپلیکیشن (Application Server) نیز وجود دارد که توسط کاربر طراحی شده و داده‌ها را از شبکه دریافت کرده و به ارایه خدمت مورد نظر می‌پردازد.
در شبکه LoRaWAN ارتباط بین گره‌ها و Gateway بر روی کانال‌های مختلف و با نرخ بیت‌های متفاوت توسعه یافته است. فرکانس مرکزی که LoRaWAN در آن عمل می‌کند در باندهای بدون نیاز به مجوز (Unlicensed) است که به منطقه جغرافیایی مورد استفاده و قوانین رگولاتوری آن منطقه بستگی دارد. در کشور ما فرکانس ۸۶۸ مگاهرتز مورد استفاده قرار گرفته است. نرخ بیت ارتباط نیز در عمل به محدوده پوشش و فاصله بستگی دارد، هر چند در شبکه اشیاء به دلیل پشتیبانی از تعداد گره بیشتر، تعداد پیام‌های ارسالی هر گره و نرخ ارسال آن محدودتر شده و تا حدود ۵۰۰ پیام کوتاه (مانند اطلاعات مکان، دما و …) قابل ارسال است.
دسته‌بندی گره‌ها در LoRaWAN
از آنجایی که کاربران غالبا درباره عملکرد گره‌های شبکه LoRaWAN دغدغه‌های بیشتری دارند، در ادامه سه کلاس از گره‌ها معرفی شده است:
۱- گره‌های کلاس A که دارای توانایی برقراری ارتباط دو طرفه هستند ولی در لینک فروسو، تنها بعد از ارسال پیام فراسو امکان دریافت اطلاعات وجود دارد. در این روش، گره پس از ارسال اطلاعات در لینک فراسو، دو پنجره برای دریافت پیام‌ها باز می‌کند. این روش، شامل دستگاه‌ها و تجهیزات بسیار کم توان است و کلاس تجهیزاتی پایه است که توسط شبکه اشیاء پشتیبانی می‌شود.
۲- گره‌های کلاس B که اجازه برقراری ارتباطات دو طرفه را در بازه‌های زمانی برنامه‌ریز‌ی‌شده (Scheduled Receive Slots) می‌دهد.
۳- گره‌های کلاس C که پنجره دریافت اطلاعات به طور مداوم باز است و تنها در زمان ارسال اطلاعات بسته می‌شود.
همچنین دستگاه‌ها و تجهیزات دارای یک شناسه منحصر به فرد ۶۴ بیتی است و هنگامی که به شبکه متصل می‌شود یک آدرس ۳۲ بیتی پویا و غیر منحصر به فرد دریافت می‌کند. پیام‌ها به صورت انتها به انتها و با یک کلید ۱۲۸ بیتی منحصر به فرد هر دستگاه در هر جلسه، رمزگذاری می‌شود. شبکه نیز با کلیدی ۱۲۸ بیتی مشابه (اما متفاوت) به رمزنگاری پیام‌ها می‌پردازد و این کلید در هر بار اتصال گره به شبکه، تغییر می‌کند.
نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *
ذخیره نام، ایمیل و وبسایت من در مرورگر برای زمانی که دوباره دیدگاهی مینویسم.
