آشنایی با مهمترین پروتکل‌های ارتباطی شهر هوشمند; قسمت چهارم

آشنایی با مهمترین پروتکل‌های ارتباطی شهر هوشمند; قسمت چهارم

Weightless یکی از ماندنی‌ترین بازیگران در رقابت شبکه‌های دامنه بالا-مصرف پایین (LPWAN) می‌باشد. در سه قسمت گذشته با سه پروتکل ارتباطی شهر هوشمند و اینترنت اشیا یعنی LoRa، Sigfox و Nb-IoT که سه تکنولوژی شناخته شده و محبوب برای متخصصین IoT و شهر هوشمند هستند مورد بررسی قرار گرفتند. در این قسمت با یک پروتکل قدرتمند دیگر اینترنت اشیا Weightless که نسبت به سه رقیب خود کمتر شناخته شده است، آشنا می‌شویم.

شهر هوشمند

در سه قسمت گذشته با سه پروتکل ارتباطی شهر هوشمند و اینترنت اشیا یعنی LoRa، Sigfox و Nb-IoT که سه تکنولوژی شناخته شده و محبوب برای متخصصین IoT و شهر هوشمند هستند مورد بررسی قرار گرفتند. در این قسمت با یک پروتکل قدرتمند دیگر اینترنت اشیا Weightless که نسبت به سه رقیب خود کمتر شناخته شده است، آشنا می‌شویم.

Weightless یکی از ماندنی‌ترین بازیگران در رقابت شبکه‌های دامنه بالا-مصرف پایین (LPWAN) می‌باشد. گروه (SIG) سه پروتکل مختلف را ارائه می‌دهد: Weightless-N، Weightless-W و Weightless-P که از روش‌ها و موارد استفاده مختلفی پشتیبانی می‌کند. در زیر، هر یک از این پروتکل‌ها را معرفی و مورد بحث قرار خواهیم داد، مزایا و ملاحظاتشان را بررسی خواهیم کرد و برخی تفاوت‌ها و شباهت‌های بین Weightless و سایر رقبای آن در فضای LPWAN را بررسی خواهیم کرد.

استاندارهای Weightless:

Weightless-W:

استاندارد باز Weightless-W، برای کار کردن در طیف فرکانسی TVWS (فضای سفید تلویزیون) طراحی شده است. Weightless-W محصولی است که شرکت Neul در حال توسعه آن بود البته قبل از اینکه توسط Huawei خریداری گردد. استفاده از TVWS در تئوری جذاب است، زیرا از یک طیف فرکانسی فوق العاده بالا (UHF) استفاده می‌کند. با این حال، در عمل، این نظریه می‌تواند بسیار دشوار باشد. قوانین و مقررات استفاده از TVWS برای IoT متفاوت هستند و در همه جا در دسترس نیستند. همچنین، نودهای انتهایی به طور معمول به گونه‌ای طراحی شده‌اند که فقط در بخش کوچکی از طیف فرکانسی عمل کنند و ساخت آنتنی کوچک که بتواند به هر فرکانسی از 400 مگاهرتز تا 800 مگاهرتز منتقل شود، غیرممکن است. در شهری ممکن است یک کانال 500 مگاهرتز در دسترس باشد، در حالی که در شهری دیگر شما ممکن است یک کانال 700 مگاهرتز در دسترس داشته باشید و سیستم‌های رادیویی یا RF نمی‌تواند با هر دوی آن‌ها سازگار باشد؛ بنابراین، TVWS در تئوری به نظر خوب می‌رسد، اما زمانی که نیاز به اجرایی شدن کارها باشد، کم فروغ می‌گردد.

فارغ از عملی نبودن TVWS، گروه Weightless از مدولاسیون‌های بسیار پیچیده‌ای برای استاندارد Weightless-W استفاده می‌کند، از جمله مدولاسیون دامنه چهارگانه (QAM)، با کدهایی که طیف وسیعی از link Budget را پشتیبانی می‌کند. باهم، این مدولاسیون‌ها لایه‌ای جذاب از خدمات را با سرعت بالای داده‌ها ارائه می‌کنند، که ان را یک استاندارد بسیار جالب می‌سازد. Weightless-W برای استفاده در هوشمند سازی صنایع نفت و گاز ایده‌آل است، زیرا احتمالا در این تجارت‌ها TVWS در دسترس می‌باشد.

Weightless-N:

Weightless-N سیستمی با پهنای باند بسیار کم می‌باشد که خیلی مشابه با SigFox است. شما می‌توانید آن را یک SigFox مبتنی بر LoRa تصور کنید. به جای اینکه یک سیستم بسته end-to-end داشته باشیم، این استاندارد از شبکه‌ای از شرکا، به وجود آمده است و از همان نوع مدولاسیون- با BPSK متفاوت - در کانالهای با فرکانس باریک یا  Narrowاستفاده می‌کند و برای بارگذاری و ارسال داده‌های سنسورها یا  Uplinkطراحی شده است.

Nwave – شرکت سازنده سخت افزار و نرم افزار IoT – هدایتگر اصلی Weightless-N است. از معایب Nwave، می‌توان به، الزامات دمایی نوسان سنج کریستال آن یا TCXO و لینک باجت‌های نامتعادل (Link Budget) اشاره کرد. این مسئله می‌تواند مشکل ساز باشد زیرا شما حساسیت بالاتری را در مسیرتان به سمت ایستگاه پایه، خواهید داشت تا در حرکتتان به سوی گره‌های پایانی. در این نوع سیستم‌ها به طور کلی نیاز به روشی ساده‌تر برای ارسال اطلاعات از ابر به دستگاه یا (downlink) می‌باشد. Weightless-N مناسب برای شبکه‌های مبتنی بر سنسور، پایش دما، نظارت سطح مخازن، اندازه گیری و غیره می‌باشد.

Weightless-P:

Weightless-P، آخرین تکنولوژی شرکت Weightless می‌باشد که در سال 2016 عملیاتی شده است. این استاندارد ویژگیهایهای دوطرفه و سرویس‌های با کیفیتی را ارائه می‌دهد که بسیار مهم است. با توجه به تکنولوژی‌های زیرساختی، کانال 12.5 کیلوهرتز کانالی نسبتاً باریک یا Narrow است. Weightless-P از دو مدولاسین زیر استفاده می‌کند.

  •  (GMSK) که مدولاسیون استاندارد تری برای ارسال پیام در شبکه‌های ارتباطی می‌باشد
  • (QPSK) که مدولاسیون پیشرفته تری می‌باشد،

بر خلاف Weightless-N و Weightless-W، Weightless-P به دلیل MSK با باند عریض‌تر، نیازی به TCXO ندارد. ubiik، شرکت فعال در زمینه فناوری IoT صنایع، به عنوان راهبر توسعه Weightless-P عمل می‌کند. محدوده قابل پوشش Weightless-P در حال حاضر تقریباً دو کیلومتر است و بر خلاف Weightless-N، احتمالاً برای شبکه‌های با دامنه بالا جهت پوشش، مناسب نخواهد بود. این مسئله به این دلیل است که حساسیت یک گیرنده با کانال (12 kHz (MSK، به هیچ وجه دامنه‌ای حتی نزدیک به آنچه در یک کانال BPSK باریک خواهید داشت، را پشتیبانی نخواهد کرد. Weightless-P بسیار ایده‌آل برای شبکه‌های خصوصی و موارد استفاده پیچیده‌تر می‌باشد ضمناً در مواردی که uplink و downlink هر دو مهم باشند، بهترین انتخاب است.

مزایا و معایب
هزینه، ظرفیت و نوسان

ایستگاه‌های پایه یا Gateway برای سیگنال‌های باریک، در پروتکل Weightless پیچیده‌تر است، زیرا بر اساس (SDR) می‌باشد. این به معنی ایجاد صدها تا هزاران کانال کوچک (BPSK) می‌باشد و به شما اجازه می‌دهد، ظرفیت زیادی را از ساختار شبکه بدست آورید، اما ایستگاه‌های پایه گران‌تر خواهند بود

گره‌های انتهایی در Weightless-N نیز می‌توانند گران‌تر باشند، زیرا ممکن است به جای یک کریستال ساده، یک نوسانگر کریستالی سازگار با دماهای مختلف یا (TCXO) احتیاج داشته باشید. TCXO زمانی که درجه حرارت در گره انتهایی تغییر می‌کند لازم است تا، فرکانس پایدار باقی بماند و رانش نکند. از سوی دیگر، LoRa، نسبت به نوسانگرهای نامناسب یا با رانش بالا، سهل گیر می‌باشد.

دامنه

محدوده تحت پوشش Weightless-W و Weightless-N حدود پنج کیلومتر در محیط‌های شهری می‌باشد. برای شناسایی این سیگنال‌ها نیاز به نسبت مثبتی از SNR می‌باشد، اما در کانال‌های کوچک اختلال بسیار کمتری وجود دارد که چنین دامنه‌ای را امکان پذیر می‌کند. سیگنال‌های کدینگ شده معمولاً به کانال‌های ارتباطی عریض‌تری نیاز دارند، به همین دلیل سطح اختلال یا noise بیشتری دارند، اما شما می‌توانید سیگنال‌هایی را که زیر سطح این noise هستند، شناسایی کنید که منجر به مزایای دیگری برای شما می‌شود. Weightless-P دامنه‌ای حدود دو کیلومتر را پوشش می‌دهد.

استاندارد باز

طبق گفته گروه Weightless، "حیاتی است که این تکنولوژی یک استاندارد جهانی منبع باز باشد و نه یک فناوری اختصاصی برای تضمین هزینه و ریسک کم، که منجر به بیشینه شدن محدوده انتخاب کاربر و نوآوری می‌گردد".
در حالی که ما معتقدیم استانداردها مهم هستند، اما مهمترین چیز این است که مشتریان را به بازار جذب کنیم. این که آیا از Weightless ، SigFox، LoRa، Symphony Link یا LoRaWAN استفاده می‌کنید، مهمترین چیز در حال حاضر، ارائه راهکاری نهایی برای ارتباط اشیا در محیط‌های خارجی می‌باشد.

مقایسه WEIGHTLESS-N و SIGFOX:

Weightless-N و SigFox از دیدگاه تکنولوژیکی شبیه هم هستند، اما از نظر ورود به بازار، متفاوت به نظر می‌رسد. Weightless یک استاندارد است، و اینکه شرکتی راهکار اینترنت اشیا خود را بر اساس آن طرح ریزی کند، به خودشان بستگی دارد. (همانطور که اشاره شد، N-Wave پیشرو در این فضا می‌باشد و بسیاری از سخت افزارها را بر اساس استاندارد Weightless-N به فروش می‌رساند). از سوی دیگر، SigFox یک راه حل کاملا از پیش تولید شده و آماده استفاده را ارائه می‌دهد.

مقایسه WEIGHTLESS و LORA & LORAWAN:

Weightless و LoRa دارای تجهیزات خیلی متفاوتی برای راه اندازی هستند اما به طور عملی، بسیار شبیه هم هستند، به خصوص به این دلیل که هر دو بر سیستم‌های اطلاعاتی متمرکز بر ارسال داده‌ها یا Uplink هستند. اگر استاندارد LoRa به دلیل اینکه فروش تجهیزات رادیویی آن منحصر به شرکت Semtech می‌باشد، برای مصرف کننده جذاب نیست، Weightless یک جایگزین خوب می‌باشد که با استانداردهای موجود سازگار است. در نهایت چالشهای مهندسان یا شرکتها تعیین خواهد کرد که چگونه یک سیستم IOT را ایجاد کرد.

مقایسه WEIGHTLESS-P و SYMPHONY LINK:

Labs Link و Weightless-P هر دو به دنبال موارد استفاده بسیار مشابهی می‌باشند، مثل شبکه‌های خصوصی، با استانداردهای Symphony Link و Weightless-P. محدوده قابل پوشش Symphony Link، مسلماً بهتر است، زیرا از LoRa به جای MSK استفاده می‌کند.

جمع بندی

ما امیدواریم که این مقاله به شما کمک کند تا به این سؤال پاسخ دهید: "Weightless" چیست؟" اگر راهکارهای با پهنای باند باریک یا narrowband برای شما جذاب هستند، Weightless-N مطمئناً یک تکنولوژی است که باید در نظر بگیرید. اگر برای بازار شما TVWS موجود است، Weightless-W واقعاً جالب است و ارزش امتحان کردن را دارد. به نظر می‌رسد Weightless-P پروتکل جدید و هیجان انگیزی در دنیای شبکه‌های LPWAN هست که در سال 2016 عملیاتی شده است. تنها نکته این است که برای ما مشخص نیست Weightless تا چه حد درباره استاندارد سازی می‌باشد و یا اینکه تا چه میزانی با هدف در دستور کار قرار دادن تأمین کننده خاصی است. این مسئله همیشه در سازمانهایی با استانداردهای باز، یک ریسک است و بنابراین باید با دقت مورد توجه قرار گیرد.