لورا اور لوران سے تعارف: لورا کیا ہے اور یہ کیسے کام کرتا ہے؟

مواصلات کسی بھی IOT پروجیکٹ کا سب سے اہم حص.ہ ہوتا ہے۔ دوسرے "چیزوں" (ڈیوائس کلاؤڈ / سرور) کے ساتھ بات چیت کرنے کے لئے کسی چیز کی قابلیت وہی ہے جو "چیز" کو اس کے نام سے "انٹرنیٹ" منسلک کرنے کا حق دیتی ہے۔ اگرچہ ٹن مواصلات کے پروٹوکول موجود ہیں ، ان میں سے ہر ایک میں ایک چیز یا دوسری چیز کی کمی ہے جس نے انہیں آئی او ٹی ایپلی کیشنز کے لئے "مکمل طور پر موزوں نہیں" بنا دیا تھا۔ بجلی کی کھپت ، رینج / کوریج اور بینڈوڈتھ کی بڑی پریشانی۔

زگبی ، بی ایل ای ، وائی فائی جیسے مواصلات کے زیادہ تر ریڈیو دوسروں میں قلیل فاصلے کے ہیں اور دوسرے جیسے تھری جی اور ایل ٹی ای بجلی کے بھوکے ہیں اور خاص طور پر ترقی پذیر ممالک میں ان کی کوریج والے علاقوں کی ضمانت نہیں دی جاسکتی ہے۔ اگرچہ یہ پروٹوکول اور مواصلات کے طریق کار کچھ منصوبوں کے ل work کام کرتے ہیں ، تو یہ ایک وسیع پیمانے پر حد لاتا ہے۔ سیلولر (جی پی آر ایس ، ای ڈی جی ای ، 3 جی ، ایل ٹی ای / 4 جی) کے بغیر علاقوں میں IOT حل متعین کرنے میں مشکلات اور آلات کی بیٹری کی زندگی میں مجموعی کمی۔ اس طرح ، IOT کے مستقبل اور ہر طرح کے مقامات پر واقع "چیزوں" کے رابطے کا جائزہ لیتے ہوئے ، IOT کے لئے ایک مواصلاتی میڈیم ٹیلر میڈ میڈ کی ضرورت ہے جو خاص طور پر کم طاقت ، نمایاں طور پر طویل فاصلے کی ضروریات کی تائید کرتی ہے۔ ، سستا ، محفوظ ، اور تعینات کرنے میں آسان ہے۔ یہی وہ جگہ ہے جہاں ایل آر اے آتا ہے۔

ایل آر اے (جس کا مطلب لمبی حد ہے) ایک پیٹنٹ وائرلیس مواصلات کی ٹیکنالوجی ہے جو انتہائی کم بجلی کی کھپت کو موثر لمبی حد کے ساتھ جوڑتی ہے ۔ اگرچہ حد اطلاق ماحول اور ممکنہ رکاوٹوں (LOS یا N-LOS) پر منحصر ہے ، عام طور پر ایل آر اے کی حد 13 سے 15 کلومیٹر کے درمیان ہوتی ہے ، جس کا مطلب ہے کہ ایک ہی ایل آر اے گیٹ وے پورے شہر کی کوریج فراہم کرسکتا ہے ، اور اس سے بھی کچھ زیادہ ، ملک. یہ ٹیکنالوجی فرانس میں سائیکلیو نے تیار کی تھی اور یہ بات اس وقت سامنے آئی جب کمپنی 2012 میں سیمٹیک نے حاصل کی تھی۔ ہم نے ارڈینو کے ساتھ اور راسبیری پائی کے ساتھ ایل او آر اے ماڈیول استعمال کیے اور انہوں نے توقع کے مطابق کام کیا۔

ایل آر اے کی خصوصیات

ایک ایل آر اے ریڈیو میں کچھ خصوصیات شامل ہیں جو طویل فاصلے تک موثر طاقت اور کم لاگت کے حصول میں مدد کرتی ہیں۔ ان خصوصیات میں سے کچھ شامل ہیں۔

1. ماڈلن تکنیک
2. تعدد
3. انکولی ڈیٹا کی قیمتیں
4. انکولی طاقت کی سطح

ماڈلن

لورا ریڈیوز نے نمایاں طور پر اعلی مواصلات کی حد کو حاصل کرنے کے لئے کرپ اسپریڈ اسپیکٹرم ماڈلن تکنیک کا استعمال کیا ہے جبکہ کم طاقت کی خصوصیات کو برقرار رکھنے کے لئے جو ایف ایس کے ماڈیولیشن جسمانی پرت پر مبنی ریڈیوز کی طرح ہیں۔ اگرچہ فوج اور خلائی مواصلات میں ایپلی کیشنز کے ساتھ چیپ اسپریٹیکٹرم ماڈیول کچھ عرصہ سے جاری رہا ہے ، ایل او آر اے ماڈلن تکنیک کی پہلی ، کم لاگت تجارتی درخواست پیش کرتا ہے۔

تعدد

اگرچہ ایل آر اے ٹکنالوجی فریکوئنسی اجنسٹک ہے ، ایل او آر اے ریڈیو کے مابین مواصلات بغیر لائسنس کے سب گیگا ہرٹز ریڈیو فریکوینسی بینڈ کے ذریعے ہوتا ہے جو پوری دنیا میں دستیاب ہیں۔ یہ تعدد ایک خطے سے دوسرے خطے میں مختلف ہوتا ہے اور اکثر ممالک کے مابین بھی مختلف ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر 868MHz عام طور پر یورپ میں LoRa مواصلات کے لئے استعمال ہوتا ہے ، جبکہ 915MHz شمالی امریکہ میں استعمال ہوتا ہے۔ تعدد سے قطع نظر ، ایل او آر اے کو ٹیکنالوجی میں کسی بڑی تبدیلی کے بغیر استعمال کیا جاسکتا ہے۔

مختلف ممالک میں ایل او آر اے کے لئے فریکوئینسی بینڈ

2.4 یا 5.8GHz آئی ایس ایم بینڈ پر مبنی وائی فائی جیسے مواصلات کے ماڈیولز کی نسبت لوئر فریکوئنسیوں کا استعمال خاص طور پر NLOS کے حالات کے ل. کافی حد تک کوریج کا اہل بناتا ہے۔

یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ بغیر لائسنس والے بینڈوں کے استعمال سے قبل کچھ ممالک میں اجازتوں کی ضرورت ہے۔

انکولی ڈیٹا کی شرح

ٹرانسمیشن کی حد کے ساتھ تجارت میں بند ڈیٹا کی شرح کو اپنانے کے لئے ایل آر اے متغیر بینڈوتھ اور پھیلانے والے عوامل (SF7-SF12) کا استعمال کرتا ہے۔ اعلی پھیلانے والا عنصر کم اعداد و شمار کی شرح پر اور اس کے برعکس طویل لمبائی کی اجازت دیتا ہے۔ بینڈوتھ اور پھیلانے والے عنصر کا امتزاج لنک حالات اور منتقلی کے لئے ڈیٹا کی سطح کے مطابق منتخب کیا جاسکتا ہے۔ اس طرح ، ایک اعلی پھیلانے والا عنصر کسی دیئے گئے بینڈوتھ کے ل transmission ٹرانسمیشن کی کارکردگی اور حساسیت کو بہتر بناتا ہے ، لیکن اعداد و شمار کی کم شرح کے نتیجے میں ٹرانسمیشن کے وقت میں بھی اضافہ ہوتا ہے۔ یہ 40Kbp تک کم 18 پی پی ایس سے مختلف ہو سکتے ہیں

انکولی طاقت کی سطح

ایل او آر اے ریڈیو کے ذریعہ استعمال ہونے والی طاقت کی سطح انکولی ہے۔ یہ ڈیٹا کی شرح اور دوسروں کے درمیان لنک کی شرائط جیسے عوامل پر منحصر ہے۔ جب تیزی سے ٹرانسمیشن کی ضرورت ہوتی ہے تو ، منتقل شدہ طاقت کو زیادہ سے زیادہ اور اس کے برعکس قریب دھکیل دیا جاتا ہے۔ اس طرح ، بیٹری کی زندگی زیادہ سے زیادہ اور نیٹ ورک کی گنجائش برقرار ہے۔ بجلی کی کھپت کا انحصار کئی دیگر عوامل کے درمیان آلات کی طبقے پر بھی ہے۔

LoRaWan

LoRaWan ایک اعلی صلاحیت ، لانگ رینج ، اوپن ، لو پاور وائیڈ ایریا نیٹ ورک (LPWAN) ہے جو LoRa الائنس کے ذریعہ LoRa Powered IoT حل کے لئے ڈیزائن کیا گیا ہے ۔ یہ ایک دو جہتی پروٹوکول ہے جو معتبر میسج ڈلیوری ، سیکنڈ ٹینڈ سیکیورٹی ، لوکیشن اور ملٹی کاسٹ صلاحیتوں سمیت خدمات کی فراہمی کے لئے ایل آر اے اے ٹیکنالوجی کی تمام خصوصیات کا پورا پورا فائدہ اٹھاتا ہے۔ معیار دنیا بھر میں مختلف LoRaWAN نیٹ ورکس کی باہمی تعاون کو یقینی بناتا ہے۔

عام طور پر جب لوگ LoRa اور LoRaWan کی تعریف کرنے کی کوشش کرتے ہیں تو OSI ریفرنس اسٹیک ماڈل کی جانچ پڑتال کرکے بہتر طور پر حل کیا جاتا ہے۔

سیدھے الفاظ میں ، OSI اسٹیک ماڈل کی بنیاد پر ، لوآران مواصلاتی نیٹ ورک کے لئے میڈیا ایکسیس پروٹوکول سے مطابقت رکھتا ہے جبکہ لورا جسمانی پرت کے مساوی ہے ۔ اس طرح LoRaWan نیٹ ورک کے لئے مواصلات پروٹوکول اور سسٹم کے فن تعمیر کی وضاحت کرتا ہے ، جبکہ LoRa فن تعمیر طویل فاصلے تک مواصلاتی لنک کو قابل بناتا ہے۔ ان دونوں میں ایک دوسرے کے ساتھ مل کر وہ فعالیت فراہم کی گئی جو نوڈ کی بیٹری کی زندگی ، نیٹ ورک کی گنجائش ، خدمات کا معیار ، سیکیورٹی اور نیٹ ورک کے ذریعہ پیش کردہ دیگر ایپلی کیشنز کا تعین کرتی ہے۔ جبکہ LoRaWan ایل او آر اے کے لئے سب سے مقبول میک پرت ہے جس میں دیگر ملکیتی پرتیں بھی موجود ہیں جو LoRa ٹکنالوجی پر بھی بنی ہیں۔ اس کی ایک اچھی مثال لنک لیبز کا سمفنی لنک ہے جو صنعتی ایپلی کیشنز کے لئے خاص طور پر تیار کیا گیا ہے۔

LoRaWan نیٹ ورک فن تعمیر

زیادہ تر نیٹ ورکس کے ذریعہ میش نیٹ ورک ٹوپولوجی کو اختیار کیا گیا ، اس کے باوجود ، لوآران اسٹار نیٹ ورک فن تعمیر کا استعمال کرتا ہے ، اس طرح ، ہر ایک کے آلے کو تقریبا ہمیشہ ریاست میں رکھنا ہوتا ہے ، حد میں اضافے کے ل other دوسرے آلات سے ٹرانسمیشن دہرانا ، ایل آر وین نیٹ ورک میں اختتامی آلات گیٹ ویز کے ساتھ براہ راست بات چیت کریں اور صرف اس وقت ہوتے ہیں جب انہیں گیٹ وے کے ساتھ بات چیت کرنے کی ضرورت ہوتی ہے کیونکہ رینج کوئی مسئلہ نہیں ہے۔ یہ کم طاقت کی خصوصیات اور لو بی آر اے ڈیوائسز میں حاصل کردہ اعلی بیٹری کی زندگی میں تعاون کرنے والا عنصر ہے

ایل او آر اے نیٹ ورک فن تعمیر میں چار بڑے حص majorوں پر مشتمل ہے۔

1. اختتامی آلات

2. گیٹ ویز

3. نیٹ ورک سرور

4. درخواست سرور

1. اختتامی آلات

یہ نیٹ ورک کے کنارے پر موجود سینسر یا مشغول ہیں۔ اختتامی ڈیوائسز مختلف ایپلی کیشنز کی خدمت کرتی ہیں اور ان کی مختلف ضروریات ہیں متعدد اختتامی پروفائلز کو بہتر بنانے کے ل Lo ، LoRaWan three تین مختلف آلہ کلاسوں کا استعمال کرتا ہے جن میں اختتامی آلات کی تشکیل کی جاسکتی ہے۔ کلاسز میں ڈول لنک مواصلات میں تاخیر اور آلہ کی بیٹری کی زندگی کے درمیان تجارتی تعلقات شامل ہیں۔

تین بڑی کلاسیں ہیں۔

1. دو جہتی اختتامی آلات (کلاس A)

2. شیڈول وصول شدہ سلاٹ والے دو جہتی اختتامی آلات (کلاس بی)

3. زیادہ سے زیادہ وصول شدہ سلاٹ والے دو جہتی اختتامی آلات (کلاس سی)

میں. کلاس A اختتامی ڈیوائسز

یہ وہ ڈیوائسز ہیں جن کو اپلنک کے فورا بعد ہی سرو آر سے ڈول لنک رابطے کی ضرورت ہوتی ہے ۔ مثال کے طور پر ، وہ ایسے آلات ہیں جن کو اپ لنک کے بعد سرور سے مسیج کی ترسیل کی تصدیق حاصل کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس طبقاتی آلات کے ل they ، ان کو انتظار کرنا ہوگا جب تک کہ کوئی ڈاؤن لینک موصول نہ ہونے سے قبل سرور کو اپلنک نہ بھیجا جائے۔ اس کے نتیجے میں ، مواصلات کو کم سے کم رکھا جاتا ہے اور اس طرح ان کا بجلی کا کم ترین آپریشن اور بیٹری کی زندگی سب سے کم ہوتی ہے۔ کلاس A آلات کی ایک عمدہ مثال ایک LoRa پر مبنی اسمارٹ انرجی میٹر ہے

ii. کلاس بی اختتامی ڈیوائسز

ان ڈیوائسز کو اضافی ڈاؤن لینک ونڈوز شیڈول وقفوں پر مختص کی جاتی ہیں جب اپلنک بھیجی جاتی ہے تو وصول شدہ ڈاؤن لنک کے علاوہ (کلاس A + شیڈول اضافی ڈاؤن لنک)۔ اس ڈاؤن لینک کی طے شدہ نوعیت یقینی بناتی ہے کہ آپریشن ابھی بھی کم طاقت ہے کیونکہ مواصلات صرف شیڈول وقفوں پر ہی متحرک رہتے ہیں لیکن شیڈول ڈاؤنلنک کے دوران استعمال ہونے والی اضافی بجلی کلاس اے کے آلات سے زیادہ بجلی کی کھپت میں اضافہ کرتی ہے ، جیسے کہ ان کی بیٹری کم ہوتی ہے کلاس A اختتامی آلات کے مقابلے میں زندگی۔

iii. کلاس C اختتامی ڈیوائسز

ان طبقے کے آلات میں ڈاؤن لنک پر کوئی حد نہیں ہے ۔ وہ ڈیزائن کیا گیا ہے کہ وہ سرور سے مواصلت کے ل nearly تقریبا ہمیشہ کھلا رہتا ہے۔ وہ دوسری کلاسوں کے مقابلے میں زیادہ طاقت استعمال کرتے ہیں اور بیٹری کی عمر کم ہے۔ کلاس سی ڈیوائسز کی عمدہ مثالیں بیڑے کے انتظام یا اصلی ٹریفک مانیٹرنگ میں استعمال ہونے والے اختتامی آلات ہیں۔

2. گیٹ ویز

گیٹ ویز (کونٹریٹر کے نام سے بھی جانا جاتا ہے) معیاری آئی پی کنکشن کے ذریعہ نیٹ ورک سرور سے منسلک آلہات ہیں جو سنٹرل نیٹ ورک سرور بیک اینڈ اور سنگل ہاپ وائرلیس مواصلات پروٹوکول کا استعمال کرتے ہوئے اختتامی آلات کے مابین پیغامات بھیجتے ہیں۔ وہ دو جہتی مواصلات کی تائید کے لئے بنائے گئے ہیں اور یہ ملٹی کاسٹ سے لیس ہیں جو سافٹ ویئر کو زیادہ سے زیادہ ہوا کی تازہ کاریوں جیسے بڑے پیمانے پر تقسیم کے پیغامات بھیجنے کے قابل بناتے ہیں۔

ہر LoRa گیٹ وے کے دل میں ایک ملٹی چینل LoRa ڈیموڈولیٹر ہوتا ہے جو متوازی طور پر متعدد فریکوئینسیوں پر تمام LoRa ماڈیول کی مختلف حالتوں کو ڈی کوڈ کرنے کے قابل ہوتا ہے۔

بڑے پیمانے پر نیٹ ورک آپریٹر کے ل the ، کلیدی امتیازی عوامل ریڈیو کی کارکردگی (حساسیت ، طاقت بھیجنا) ، SX1301 چپ کا گیٹ وے MCU (USB سے SPI یا SPI سے SPI) کا کنکشن اور پی پی ایس کی حمایت اور تقسیم ہونا چاہئے۔ سگنل جس کی دستیابی نیٹ ورک میں گیٹ وے کی پوری آبادی پر عین وقت مطابقت پذیری کی اجازت دیتی ہے

ایل آر اے نے متعدد تعدد چینلز اور ڈیٹا کی شرحوں میں اختتامی آلات اور گیٹ ویز کے مابین مواصلات پھیلاتے ہیں۔ ایک دوسرے کے ساتھ مداخلت کرنے سے مواصلات کو روکنے کے لئے اسپریڈ اسپیکٹرم ٹکنالوجی 0.3 کے پی پی سے 50 کے بی سی تک کے ڈیٹا کی شرحوں کا استعمال کرتی ہے اور گیٹ وے کی صلاحیت کو بڑھانے والے "ورچوئل" چینلز کا ایک سیٹ تیار کرتی ہے۔

اختتامی ڈیوائسز کی بیٹری کی زندگی اور مجموعی طور پر نیٹ ورک کی صلاحیت دونوں کو زیادہ سے زیادہ بنانے کے لئے ، ایل آر اے نیٹ ورک سرور انکٹو اعداد و شمار کی شرح (ADR) اسکیم کے ذریعہ ہر ایک کے آلے کے ل end ڈیٹا کی شرح اور RF آؤٹ پٹ کا نظم کرتا ہے۔

3. نیٹ ورک سرور

لورا نیٹ ورک سرور ایپلی کیشن سرور اور گیٹ ویز کے درمیان انٹرفیس ہے۔ گیٹ وے سے ایپلی کیشن سرور تک ڈیٹا لے جانے کے دوران یہ گیٹ وے تک ایپلی کیشن سرور سے کمانڈز کو ریلی کرتا ہے۔ اس میں یہ یقینی بنانا شامل ہوتا ہے کہ اس میں یہ یقینی بنانا ہے کہ کوئی ڈپلیکیٹ پیکٹ موجود نہیں ہیں ، تسلیمات کو شیڈول کرنا اور ڈیٹا ریٹ اور آر ایف آؤٹ پٹ کو ہر ایک ڈیوائس کے ل individ انفرادی طور پر انکولی ڈیٹا ریٹ (ADR) اسکیم کا استعمال کرتے ہوئے منظم کرنا۔

4. درخواست سرور

ایپلی کیشن سرور یہ طے کرتا ہے کہ آخر والے آلات کا ڈیٹا کس لئے استعمال ہوتا ہے۔ ڈیٹا ویژنلائزیشن وغیرہ شاید یہاں پر کیے گئے ہیں۔

LoRaWan سیکیورٹی اور رازداری

کسی بھی IOT حل میں سلامتی اور رازداری کی اہمیت پر زیادہ زور نہیں دیا جاسکتا۔ LoRaWan پروٹوکول کو یقینی بنانے کے لئے خفیہ کاری کی وضاحت کرتا ہے تاکہ آپ کا ڈیٹا محفوظ ، ٹھوس طور پر محفوظ ہو

* فی آلہ AES128 کیز

* فوری نو تخلیق / آلہ کیز کی منسوخی

* ڈیٹا کی رازداری کے ل Per ہر پیکٹ پے لوڈ انکرپشن

* ری پلے حملوں کے خلاف تحفظ

* درمیانی درمیانی حملوں کے خلاف تحفظ

ایل آر اے نے دو چابیاں استعمال کیں۔ نیٹ ورک سیشن اور ایپلیکیشن سیشن کیز دونوں ہی نیٹ ورک مینجمنٹ اور ایپلیکیشن مواصلات کے لئے تقسیم ، خفیہ مواصلات فراہم کرتی ہیں۔

ڈیوائس اور نیٹ ورک کے مابین مشترکہ نیٹ ورک سیشن کی کلید ، اختتامی نوڈ کے اعداد و شمار کی توثیق کے لئے ذمہ دار ہے جبکہ ایپلی کیشن سیشن کلید ، درخواست اور اختتامی نوڈ کے درمیان مشترکہ ہے جو آلہ کے ڈیٹا کی رازداری کی ضمانت کے لئے ذمہ دار ہے۔

لوراوان کی اہم خصوصیات

*> 160 ڈی بی لنک بجٹ

* +20 dBm TX طاقت

* غیر معمولی IIP3

* FSK کے مقابلے میں 10dB سلیکٹیو کی بہتری

* چینل میں پھٹ جانے والی مداخلت کو برداشت کرنا

* سب سے کم RX موجودہ - 10mA

* نیند کی حالیہ ترین حالت

* انتہائی ناشتے اٹھنا (نیند RX / TX تک)

ایل او آر اے کے فوائد

ذیل میں ایل او آر اے سے وابستہ کچھ فوائد ہیں۔

1. لمبی حد اور کوریج: 15 کلومیٹر تک ایل او ایس رینج کے ساتھ ، اس کی حد کو کسی بھی دوسرے مواصلاتی پروٹوکول کے ساتھ موازنہ نہیں کیا جاسکتا۔

2. لو پاور: ایل آر اے ہائپر کم پاور ریڈیو پیش کرتا ہے جس کی وجہ سے وہ ان آلات کے لئے مثالی بن جاتا ہے جو 10 سال تک رہ سکتے ہیں یا