ما هي تقنية LoRa وكيف تعمل - دليل شامل

إذا كنتَ مُتابعًا لأحدث التطورات التقنية أو مهتمًا بإنترنت الأشياء، فمن المُحتمل أنك سمعتَ مصطلحي "LoRa" أو "LoRaWAN". وقد نُوقش هذا المصطلح على نطاق واسع في المدونات حول تأثيره التحويلي على المدن الذكية والزراعة والمراقبة الصناعية وغيرها من المجالات ذات الصلة بإنترنت الأشياء. ربما تعلم بالفعل أنه مرتبط بالاتصالات اللاسلكية والشبكات بعيدة المدى. في هذه المدونة، سأقدم نظرة عامة على ماهية LoRa، وكيفية عملها، وفوائدها الرئيسية، وتطبيقاتها، ونصائح للبدء.

ما هي تقنية LoRa

لورا، اختصارًا لعبارة "طويل المدى"، هي تقنية تردد لاسلكي تُمكّن من الاتصال بعيد المدى وبتكلفة منخفضة بين الأجهزة. وهي تمامًا كما يوحي اسمها، فالمدى الطويل يعني إنشاء اتصالات لاسلكية تصل إلى مسافات أبعد بكثير من التقنيات التقليدية مثل واي فاي أو بلوتوث.

LoRa® هي الطبقة الفيزيائية أو التعديل اللاسلكي المستخدم لإنشاء رابط اتصال طويل المدى... يعتمد LoRa® على تعديل طيف الانتشار التغريدي... LoRa® هو أول تطبيق منخفض التكلفة للاستخدام التجاري. نظرة عامة فنية على LoRa® وLoRaWAN™ من تحالف لورا

بناءً على التعريف المذكور أعلاه، يتضح أن LoRa ليس بروتوكول اتصال، بل هو تقنية تعديل، أي طريقة لترميز البيانات على موجات الراديو لتمكين الأجهزة من التواصل فيما بينها بكفاءة. وعند دمجه مع حزمة بروتوكولات LoRaWAN®، يُمكننا إنشاء شبكة اتصالات متكاملة بعيدة المدى لأجهزة إنترنت الأشياء.

تتبع معظم التقنيات اللاسلكية هذه المقايضة: مدى أكبر = قوة أكبرلكن LoRa تكسر هذا النمط. فمقارنةً بتعديل ASK وFSK التقليدي، تعتمد LoRa على تعديل طيف الانتشار (CSS)، مما يزيد نطاق الاتصال بشكل كبير، ما يسمح لها بتحقيق نطاق إرسال يصل إلى عدة كيلومترات مع استهلاك طاقة منخفض للغاية.

قصة لورا

لفهم LoRa في السياق الصحيح، من الضروري أن نلقي نظرة سريعة على تاريخ اتصالات LoRa.

وضع نيكولا سورنين وأوليفييه سيلر من فرنسا أسسَ نظام LoRa الحديث عام ٢٠٠٩، ثم أسسا لاحقًا شركة Cycleo مع فرانسوا سفورزا عام ٢٠١٠. في البداية، استهدفا قطاع قياس الغاز والمياه والكهرباء. في عام ٢٠١٢، استحوذت شركة Semtech على Cycleo.

لم يتم تأسيس LoRa Alliance®، وهو تحالف غير ربحي، إلا في فبراير 2015 لتوحيد وتعزيز LoRaWAN (الذي كان يسمى في السابق LoRaMAC) - وهو بروتوكول اتصال مبني على تعديل LoRa.

خلال أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، كان هناك الكثير من عمليات نشر LoRa و LoRaWAN®، وقد أدى ذلك إلى انتشار واسع النطاق لهذه التقنية، وخاصة في أوروبا، وبعض قصص النجاح المبكرة البارزة.

بحلول أوائل عشرينيات القرن العشرين، اكتسب مجال شبكات LPWAN (شبكات المنطقة الواسعة منخفضة الطاقة) قدرًا كبيرًا من الاهتمام العالمي، لدرجة أنه ظهرت العديد من التقنيات المتنافسة مثل NB-IoT وSigfox تتنافس على الهيمنة على السوق.

وفقًا التقرير السنوي لتحالف لورا لعام 2025دخل النظام البيئي مرحلة نمو جديدة مع نشر أكثر من 125 مليون جهاز طرفي بتقنية LoRaWAN® على مستوى العالم، محققًا معدل نمو سنوي مركب قدره 25%. وقد عززت LoRaWAN مكانتها كتقنية LPWAN الرائدة غير الخلوية، لا سيما في قطاعات مثل المباني الذكية وإدارة المرافق. ويستمر سوق إنترنت الأشياء بتقنية LoRa وLoRaWAN® في النمو السريع، مع توقعات تشير إلى... 164.10 مليار دولار التقييم بحلول عام 2035.

كيف يعمل LoRa

تتكون بنية شبكة LoRaWAN® من عقد LoRa، وبوابات LoRa، وخادم الشبكة، وخادم التطبيقات. في بنية LoRaWAN®، تتخذ العقد عادةً شكلًا نجميًا، حيث تشكل البوابات جسرًا شفافًا. يكون الاتصال بالعقد الطرفية ثنائي الاتجاه عمومًا، ما يعني أن البوابة تستطيع جمع البيانات من العقد الطرفية، كما تستطيع أيضًا إرسال الأوامر إليها.

عقد LoRa: العقد الطرفية هي عناصر شبكة LoRa التي تُجرى فيها عمليات التحكم والاستشعار. تعمل هذه العقد عادةً بالبطاريات ويتم تحديد مواقعها عن بُعد. ترسل العقد الطرفية البيانات إلى كل بوابة قريبة منها، وتُرسلها بشكل دوري على مدار الساعة.

بوابة LoRa: تستقبل البوابة البيانات من عقد LoRa الطرفية، ثم تُرسلها إلى خادم الشبكة. تتكون بوابة LoRa عادةً من وحدة راديو LoRa، ومعالج دقيق، ووسيلة اتصال بالإنترنت.

تُحوّل البوابة البيانات المُستقبَلة من عُقد LoRa إلى صيغة TCP/IP عبر شبكة النقل الخلفي (Ethernet، 3G، 4G، WiFi، إلخ) وتُرسلها إلى خادم الشبكة. تدعم بوابة LoRa أجهزة إرسال واستقبال متعددة القنوات ومتعددة التضمين، بل وتدعم أيضًا فك التضمين المتزامن للإشارات على القناة نفسها. لا تُخزّن هذه الأجهزة أي بيانات، بل تعمل فقط كمُرسِلات حزم إلى خادم الشبكة. يُمكن للبوابة توصيل العديد من الأجهزة الطرفية. يُمكن لجهاز SX1301 المُزوَّد بثماني قنوات التعامل مع حوالي 8 مليون حزمة بيانات يوميًا، مُؤمِّنًا بذلك حوالي 1.5 جهاز يُرسِل حزمة بيانات واحدة في الساعة.

خادم الشبكة: يُدير خادم الشبكة الشبكة. فهو يُرشِّح الحزم المكررة الناتجة عن بوابات متعددة تستقبل البيانات نفسها، ويُجري فحوصات أمنية، ويُدير حركة مرور البوابة وتوجيهها، ويُتحكَّم في معدل الاستجابة، ويُعيد توجيه الرسائل إلى خادم التطبيقات.

خادم التطبيق: تعمل خادم التطبيقات على معالجة البيانات من خادم الشبكة، وتحليل بيانات المستشعر، ودعم وظائف مثل عرض الحالة والتنبيهات في الوقت الفعلي، ويمكنها بشكل اختياري إرسال الاستجابات مرة أخرى إلى العقدة النهائية.

فوائد وعيوب تقنية LoRa

يُعد فهم خصائص LoRa أمرًا أساسيًا لتحديد تطبيقاتها المُحتملة. دعونا نُلقي نظرةً مُعمّقةً على إيجابيات وسلبيات LoRa لمساعدتك في تحديد التطبيق الأنسب لك.

فوائد لورا:

• المدى البعيد: يربط الأجهزة حتى مسافة ١٥-٢٠ كم في المناطق الريفية، و٢-٥ كم في المناطق الحضرية. يسمح بتغطية على مستوى المدينة، ويحقق انتشارًا جيدًا للمباني.
• طاقة منخفضة وعمر طويل: مُصمم للاستخدام منخفض الطاقة مع عمر بطارية طويل يصل إلى ١٠ سنوات. على سبيل المثال، MOKOSmart مستشعر ركن السيارة LW009 بتقنية LoRaWAN® يمكن أن تعمل لمدة تصل إلى 5 سنوات.
• سعة عالية: يمكن لبوابة LoRa واحدة التعامل مع ملايين الرسائل من آلاف العقد النهائية.
• منخفض التكلفة: استثمار أولي منخفض في البنية التحتية، ونطاق تردد ISM مجاني، وأجهزة استشعار غير مكلفة للعقدة النهائية.
• معيار مفتوح: يتم صيانة تقنية LoRaWAN® بواسطة تحالف LoRa. وهي تدعم النشر السريع والتوافق بين الأجهزة.

عيوب LoRa:

• سرعة نقل منخفضة: تتمتع تقنية LoRa بنطاق ترددي ضيق نسبيًا، وتأتي قدرتها على النقل عبر مسافات طويلة على حساب معدلات بيانات أقل، مما يجعلها مناسبة لشبكات الاستشعار وليس تطبيقات البيانات العالية.
• حمولة محدودة: يدعم LoRa حزم البيانات الصغيرة فقط، بسعة بيانات قصوى تبلغ حوالي 242 بايت لكل عملية إرسال. هذا يجعله أقل ملاءمةً لحالات الاستخدام التي تتطلب نقل بيانات كبيرة.

تطبيقات تقنية LoRa

تُستخدم تقنية LoRa اللاسلكية على نطاق واسع في تطبيقات متنوعة. بفضل قدرتها على المدى البعيد واستهلاكها المنخفض للطاقة، يُمكن نشر العقد الطرفية في أماكن متنوعة، سواءً داخل المباني أو في المناطق النائية، لنقل حزم البيانات المهمة إلى البوابة. إليك بعض تطبيقات LoRa الشائعة:

المدن الذكية - القياس الذكي، ومراقبة البيئة، ومواقف السيارات الذكية، وإضاءة الشوارع، وإدارة النفايات والمزيد.

سلسلة التوريد والخدمات اللوجستية - تتبع الأصول ومراقبتها، ومراقبة سلسلة التبريد، وإدارة الأسطول.

الفلاحة - مراقبة التربة، ومراقبة الري، وتتبع الثروة الحيوانية.

الصناعية تقنيات عمليات - مراقبة المعدات والصيانة التنبؤية والأتمتة.

مراقبة البنية التحتية - مراقبة مسارات السكك الحديدية والجسور والأنفاق بحثًا عن أي تغييرات مادية.

المرافق والخدمات العامة. - الشبكة الذكية، قياس الغاز/المياه، كشف التسربات، توليد الطاقة الموزعة.

إدارة المباني والمرافق الذكية – الآن القطاع الرائد لتقنية LoRaWAN®، المستخدمة لمراقبة جودة الهواء الداخلي، وتتبع الإشغال، والكشف عن التسربات لمنع أضرار المياه المكلفة.

تتبع الحوكمة البيئية والاجتماعية والمؤسسية والبصمة الكربونية – تلعب تقنية LoRaWAN® دورًا حيويًا في استدامة الشركات من خلال توفير بيانات في الوقت الفعلي لعمليات تدقيق الطاقة، ومراقبة انبعاثات الكربون، والحد من النفايات عبر سلاسل التوريد العالمية.

LoRa مقابل LoRaWAN: ما الفرق؟

يصف بروتوكول LoRa الطبقة الفيزيائية الدنيا، بينما كانت طبقات الشبكة العليا غائبة. يُعدّ LoRaWAN® أحد البروتوكولات العديدة التي طُوّرت لوصف الطبقات العليا للشبكة. LoRaWAN هو بروتوكول طبقة التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) قائم على الحوسبة السحابية، ولكنه يعمل بشكل أساسي كبروتوكول طبقة شبكة لإدارة الاتصال بين أجهزة العقدة الطرفية وبوابات LPWAN، كبروتوكول توجيه، وتتولى صيانته منظمة LoRa Alliance. صدرت مواصفات LoRaWAN الإصدار 1.0 في يونيو 2015.

لوراوان® يحدد بنية النظام وبروتوكول الاتصال للشبكة، في حين تسمح الطبقة المادية LoRa برابط اتصال طويل المدى.

حتى في الخلاصة:

LoRa = تعديل الطبقة الفيزيائية

LoRaWAN = بروتوكول الاتصالات والهندسة المعمارية

إنهم يقدمون معًا الحل الكامل بما في ذلك الاتصال بعيد المدى وهندسة الاتصالات الشبكية المرنة.

LoRa مقابل التقنيات اللاسلكية الأخرى

هناك بعض الاختلافات بين تقنية LoRa وتقنيات إنترنت الأشياء الأخرى المتوفرة، مثل NB-IoT وSigfox وLTE-M. من أهمها:

تعمل شبكة LoRa في نطاقات ISM غير المرخصة بدلاً من استخدام الطيف المرخص مثل شبكات الهاتف الخلوي.

تستخدم LoRa تقنية تعديل CSS (Chirp Spread Spectrum) الفريدة مقارنة بمخططات التعديل التي تستخدمها البروتوكولات الأخرى.

تتمتع LoRa ببروتوكولات أمان أقل قوة من غيرها مثل NB-IoT.

تتمتع LoRa بقدرات أقوى لمسافات طويلة مقارنة بالتقنيات الأخرى مثل WiFi أو Bluetooth.

يتم استخدام LoRa بشكل أساسي في التطبيقات طويلة المدى ومنخفضة الطاقة، مثل مراقبة البيئة والزراعة الذكية، في حين أن البروتوكولات الأخرى مثل LTE-M مناسبة بشكل أفضل لتطبيقات مثل الاتصالات عن بعد للسيارات وتطبيقات إنترنت الأشياء المحمولة.

ملاحظة: اعتبارًا من عام 2026، في حين أن تقنية NB-IoT لا تزال شائعة في قياس استهلاك الطاقة عبر شركات الاتصالات، فإن تقنية LoRaWAN® تتصدر الشبكات الخاصة، مع معايير أحدث مثل 5G RedCap التي تعالج إنترنت الأشياء الصناعية ذات النطاق الترددي العالي.

صعود سيادة الشبكة

في عام 2026، جعل التوجه نحو سيادة الشبكة من تقنية LoRaWAN® الخيار الأمثل للمؤسسات الصناعية. على عكس إنترنت الأشياء القائم على شبكات الهاتف المحمول (مثل NB-IoT أو LTE-M) حيث يجب أن تمر البيانات عبر شركات الاتصالات، تتيح LoRaWAN للمؤسسات بناء بنية تحتية خاصة بها لشبكاتها، وامتلاكها، وإدارتها. وهذا يعني الاستغناء عن خطط البيانات الشهرية المتكررة، والتحكم الكامل في أمن البيانات، وضمان التغطية في بيئات متخصصة لا تصل إليها الإشارات العامة.

تكنولوجيا LoRa – المفاهيم التي يجب معرفتها

عند البدء بعالم LoRa، قد يكون فهم هذه التقنية صعبًا بعض الشيء. لمساعدتك على البدء، إليك بعض المفاهيم الأساسية التي يجب أن تكون على دراية بها:

• • لورا (طويلة المدى): هذه هي الطبقة المادية أو التعديل اللاسلكي المُستخدم لإنشاء رابط اتصال بعيد المدى. يعتمد هذا التعديل على تعديل طيف الانتشار التغريدي.
  • LoRaWAN (شبكة LoRa واسعة النطاق): بروتوكول مفتوح مبني على LoRa يحدد بنية النظام وبروتوكول الاتصال للأجهزة التي تستخدم LoRa.
  • LoRaWAN الفئة A، B، C: فئات تشغيل الأجهزة المختلفة في LoRaWAN®:
    • الفئة أ: الفئة الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة حيث تستمع الأجهزة فقط إلى رسائل الارتباط الهابط لفترة وجيزة بعد إرسال إرسال الارتباط الصاعد.
    • الصف ب: يسمح بفواصل زمنية مجدولة للارتباط الهابط من خلال إشارات متزامنة مع الوقت، مما يوفر توازنًا بين كفاءة الطاقة والزمن الكامن.
    • فئة ج: يستمع باستمرار إلى رسائل الارتباط الهابط باستثناء وقت الإرسال، مما يوفر أقل زمن وصول ولكن أعلى استهلاك للطاقة.
  • LPWAN (شبكة المنطقة الواسعة منخفضة الطاقة): نوع من شبكات الاتصالات اللاسلكية المصممة للسماح بالاتصالات طويلة المدى بمعدل بت منخفض بين أشياء مثل أجهزة الاستشعار التي تعمل بالبطارية.
  • معدل البيانات التكيفي (ADR): ميزة في تقنية LoRaWAN® تعمل على تحسين معدلات نقل البيانات، ووقت البث، واستهلاك الطاقة في الشبكة.
  • ISM (الصناعية والعلمية والطبية): وهذه هي النطاقات الراديوية المخصصة دوليًا لاستخدام طاقة الترددات الراديوية للأغراض الصناعية والعلمية والطبية.
  • TTN (شبكة الأشياء): شبكة بيانات إنترنت الأشياء عالمية ومفتوحة تعتمد على التعهيد الجماعي وتستخدم تقنية LoRaWAN®.
  • ABP (التنشيط عن طريق التخصيص): طريقة لتفعيل جهاز LoRaWAN® حيث يتم تضمين مفاتيح الأمان مباشرة في الجهاز.
  • SF (عامل الانتشار): معلمة في LoRa تحدد معدل التغريد، والذي يؤثر على معدل البيانات ونطاق الاتصال.
  • عقد الترحيل: أجهزة تعمل بالبطارية وتعمل كمكررات إشارة لتوسيع تغطية LoRaWAN® إلى المناطق التي يصعب الوصول إليها مثل الحفر تحت الأرض أو المواقع الداخلية العميقة.
  • NTN (Satellite LoRaWAN): الشبكات غير الأرضية التي تسمح لأجهزة LoRa بالاتصال مباشرة بالأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض، مما يضمن الاتصال العالمي بما يتجاوز حدود البوابات الأرضية.

ما هو تحالف لورا؟

كما هو الحال مع العديد من الأنظمة الأخرى، تم إنشاء هيئة صناعية لتطوير نظام LoRa اللاسلكي والترويج له في جميع أنحاء القطاع، تُعرف باسم تحالف LoRa. وقد تم إطلاقه في فبراير 2015. وكما ذكر التحالف، فقد تم إنشاؤه لتوفير معيار عالمي مفتوح لاتصال إنترنت الأشياء منخفض الطاقة (LPWAN) الآمن والموثوق.

على الرغم من أن LoRaWAN® قد تم تأسيسها في البداية من قبل مجموعة أساسية من الأعضاء المؤسسين، إلا أن فتح التحالف لعضوية أوسع مكنها من أن يتم اعتمادها من قبل أكثر من 360 شركة اعتبارًا من نهاية عام 2025، مما أدى إلى نمو النظام البيئي واكتساب نطاق أوسع بكثير، ومجموعة أكثر تنوعًا من المشاركين، وزيادة شاملة في الاعتماد والتوحيد القياسي العالمي.

يشمل الأعضاء الحاليون في تحالف LoRa موردي السيليكون ومصنعي الأجهزة ومشغلي الشبكات مثل Zenner وActility وNetmore، بالإضافة إلى مشغلي إنترنت الأشياء الرئيسيين في جميع أنحاء العالم، ويواصل التحالف تطوير المعيار من خلال برامج شهادات صارمة وإدخال ميزات جديدة بما في ذلك عقد الترحيل والاتصال عبر الأقمار الصناعية.

البدء باستخدام تقنية LoRa

ببساطة، يستطيع أي شخص إنشاء نظام اتصالات LoRa خاص به. ولأن LoRa يعمل على نطاق تردد غير مرخص، فلا توجد تكاليف ترخيص للترددات. إذا كنت ترغب في تغطية منطقة محدودة فقط باستخدام LoRaWAN®، فمن المنطقي تمامًا تشغيل بواباتك وخوادمك الخاصة. هل أنت مستعد لبناء نظامك الخاص؟ حلول LoRaWAN®الأمر أسهل مما تتخيل! استكشف مجموعة منتجات MOKOSmart المتوافقة (كما هو معروض في سوق LoRa Alliance) للعثور على المنتج الأمثل لتطبيقك.

اقرأ المزيد عن لورا

• ما هي الاختلافات بين LoRa وLoRaWAN
• كيف يقوم مستشعر LoRa بإرسال واستقبال البيانات
• ما هي وحدة LoRa وكيف تعمل أجهزة إنترنت الأشياء