سیر حرکت از سیستم‌های جی پی آر اس به سمت شبکه‌ لورا در کشاورزی هوشمند

تفاوت اصلی زیرساخت های شبکه‌های جی پی آر اس و شبکه‌های جدید لورا از دید یک مصرف کننده و شرکت مجری این طرح چیست؟ خب! همه چیز متفاوت است! حرکت از شبکه GPRS به شبکه لورا، به معنای ایجاد یک خط تولید جدید میباشد. ولی چیزی که بیشتر مهم است، این است که محتوای کار به کلی تغییر کرده است.و استفاده از شبکه لورا در کشاورزی هوشمند مطرح شد.

شبکه لورا در کشاورزی هوشمند

شبکه‌های GPRS نسبتا استفاده آسانی دارند (plug and play) و به راحتی توسط کاربران انجام میشوند. اما شبکه لورا به راه‌اندازی دروازه‌های اتصال، ورود هر دیوایس به شبکه و تنظیم ارتباط رادیویی احتیاج دارند. شبکه‌های بزرگ لورا، به یک توپولوژی(ساختار) شبکه احتیاج دارند تا اطلاعات مربوط به دروازه‌های اتصال و محل قرار‌گیری آنها مشخص شود. این به معنی نیاز این شبکه به مهندسین متخصص این زمینه و یا آموزش مشتریان میباشد.
همچنین کیفیت سیگنال‌های رادیویی به مرور زمان، به علت تغییرات ذاتی و موانع مصنوعی، عوض خواهد شد.
در شبکه های جی‌پی‌آر‌‌اس، تکنولوژی جی اس ام تمام این موارد را برطرف میکند.

نیاز به دروازه اتصال در شبکه لورا

دروازه اتصال، مهمترین و پیچیده ترین بخش شبکه‌های لورا میباشد. در حقیقت، این دروازه‌های اتصال، نقش دکل‌های مخابراتی(دکل‌های GSM) را در شبکه GPRS ایفا میکنند. قیمت دروازه‌های خارجی و صنعتی شبکه‌های لورا، به راحتی به 1000 دلار میرسد.
در استفاده از لورا در کشاورزی هوشمند، ما سنسورها و دستگاه‌های کمتری در مساحت یکسان خواهیم داشت.(یجورایی چگالی دستگاه‌ها کمتر هست!). این مورد به ما اجازه میدهد که دروازه‌های اتصال کمتر با توان کمتری داشته باشیم. با فرض اینکه 2 دروازه در یک محیط شهری، مساحتی 10 کیلومتری را پوشش میدهد، این تعداد دروازه در کشاورزی برای مساحت 30000 هکتار کافیست.
به صورت رند شده، هر 20000 هکتار، 2 دروازه کافیست.

تامین اینترنت دروازه‌های اتصال

دروازه‌های اتصال به یک اینترنت 24 ساعته احتیاج دارند. این اینترنت میتواند وای فای، 4G، یا هر نوع اتصال دیگری باشد. بسیاری از دروازه‌ها در حال حاضر با اینترنت 4G داخلی ساخته میشوند. اما بهتر‌ است یک اینترنت مجزا 4G برای این دروازه‌ها، جهت مدیریت و رفع اشکال بهتر، در نظر گرفته شود.
مدل‌های مختلفی از مودم‌های قابل حمل 4G در بازار موجود میباشد.

ملاحظات امنیتی دروازه‌های اتصال

یکی از مهمترین چالش‌های اینترنت اشیا، مخصوصا خانه‌های هوشمند بی‌سیم، بحث امنیت آن میباشد. دیتاهایی که در زمینه اینترنت اشیا ما بین سرور‌ها و دیوایس‌ها رد و بدل میشوند، عمدتا بدون ملاحظات امنیتی ارسال میشوند.
این باعث میشود این دیتاها در برابر حملات سایبری، در امان نباشند.
همین باعث میشود این شبکه‌های بیسیم غیر قابل اعتماد شوند.

تجهیزات بر پایه لورا، برای ارتباط خود از کدگذاری end to end استفاده میکنند.
که بصورت دقیقتر کدگذاری 128 بیتی AESI نامگذاری میشود.
بدان معنی که اگر یک مهاجم نیز به دروازه‌ها دسترسی پیدا کند، بازهم آن اطلاعات غیرقابل خواندن و بلااستفاده خواهد‌ بود. همین کدگذاری برای اکثر شبکه‌های بی‌سیم کافیست. اما همچنان خطر حمله به سرور‌های لورا موجود است که البته این حمله به تکنولوژی لورا مربوط نیست.
برای این حملات هم میتوان از ترفندهایی بین دروازه‌های اتصال و سرورهای شبکه لورا، بهره‌مند شد.
به طور مثال وی‌پی‌ان‌هایی برای ارتباطی امن میتوان طراحی کرد.

بیشتر بخوانید: پرسش و پاسخ متداول در مورد سیستم های آبیاری هوشمند ویستو

نیاز به برق دائمی در دروازه اتصال

همانطور که بیان شد، دروازه‌ها نیاز به اینترنت 24 ساعته  دارند. تهیه همین اینترنت نیاز به یک برق دائمی نیز خواهد داشت. بسیاری از دروازه‌های لورا به گونه‌ای طراحی میشوند که از دکل‌های برق موجود تغذیه شوند. اما این روش مقرون به صرفه و بهینه نیست. یک دروازه‌ی اتصال لورا را، به همراه یک مودم 4جی در نظر میگیریم. در بسیاری از موارد این دروازه میتواند در نزدیکی دکل‌های برق جهت استفاده قرار بگیرد. بنابراین در طراحی محل جغرافیایی این دروازه‌ها، محدود هستیم. همچنین در موارد خاص میتوان از سلول‌های خورشیدی و باتری‌های قابل شارژ استفاده کرد.
این باتری و سلول خورشیدی حداقل میبایست 3 تا 10 وات را تامین کنند.
البته به روتر و نوع دروازه اتصال وابسته است.
معمولا این مشکل در زمین های کشاورزی کمتر است. این باعث تحقق بیشتر لورا در کشاورزی هوشمند خواهد شد.

تایمر هوشمند آبیاری باعث کاهش هزینه با کشاورزی هوشمند

نیاز به سرور لورا در کشاورزی هوشمند

بر خلاف آنچه که ممکن است فکر کنید، داشتن یک دیوایس پایانی(end-device) و یک دروازه اتصال کافی نیست.
از نظر نرم افزاری، دروازه‌های اتصال، بسیار ساده میباشد. این دروازه میتواند به عنوان یک فورواردر، پاکت‌های دیتا را از سمت دیوایس‌ها به سرورهای شبکه لورا، منتقل کند. در حین این انتقال اطلاعات باید به نوع تبدیل و استاندارد هر شبکه دقت کرد. دیوایس‌های لورا با پاکت‌های دیتا(data pockets) کار میکنند، اما وب سرویس‌ها با پروتکل http. این اختلاف در نوع پروتکل، نیازمند تبدیل پروتکل میباشد که این عملیات توسط دروازه‌های انجام میشود. تمامی خلاقیت این قسمت در بخش وب سرور، و در یک لایه ویژه به نام سرور لورا خلاصه میشود. سرورهای لورا، دارای کاربردهای بسیار زیادی برای کنترل کامل شبکه و ارسال اطلاعات به دیوایس‌ها میباشد. در کاربردهای دیگر، سرور های لورا، قابلیت حذف پاکت‌های تکراری و اضافی، تصمیم گیری در مورد کانال‌های ارتباطی و ارسال توان هر یک از گره (node) ها را دارند. به عبارت دیگر، دروازه‌های اتصال یک انتقال دهنده و فورواردر تصنعی میباشد و اصل تصمیم‌گیری‌ها و پردازش اطلاعات در سرورهای لورا صورت میگیرد. البته این نوع طراحی، دارای نکات مثبت و همچنین نکات منفی نیز میباشد. در این طراحی، باید دروازه‌های اتصال را، ساده و اقتصادی نگه داشت. با این حال، بنا به دلایلی این صحبت صادق نیست.
امیدواریم وقتی محصولات بیشتری در بازار ظاهر میشود، قیمت تمام شده کاهش یابد.

نیازهای شبکه لورا در کشاورزی هوشمند:

به دلیل پیچیدگی بخش نرم‌افزاری و سرور، در بسیاری از موارد بهتر است از شرکت‌های ارائه دهنده سرور استفاده شود.
که البته هزینه خود را در پی خواهند داشت. سرورهایی مخصوص شبکه‌های لورا نیز در داخل و خارج کشور، ارائه میشوند و بسیاری سرورها در راه ورود به بازار هستند. هزینه‌ی این سرورها نیز هم میتواند بر اساس تعداد دروازه‌های اتصال باشد، هم اینکه میتواند بر اساس تعداد دیوایس‌های موجود در شبکه باشد. اپلیکیشن کاربران نیز میتواند از طریق این وب سرویس با سرورهای لورا ارتباط برقرار کند که این ارتباط میتواند یا بر اساس همان پروتکل http باشد یا بر اساس MQTT.

نیاز به MQTT

از دیگر عناصر ایفای نقش در شبکه‌های لورا در کشاورزی هوشمند، عنصر MQTT میباشد. MQTT مخفف عبارت Message Queue Telemetry Transport میباشد.
این قسمت، از بخش های استاندارد و اصلی شبکه لورا نیست و یک قسمت اختیاری میباشد. MQTT یک انتقال دهنده پیام بسیار سبک میباشد. این پروتکل در هر شبکه بی‌سیم میتواند مورد استفاده قرار بگیرد. خصوصیت این شبکه در این قسمت میباشد که هر دیوایس قابلیت ارسال پیام خود در حین دریافت پیام‎های سایر دیوایس‌ها میباشد. یعنی یک ارتباط دو طرفه برای هر دیوایس.
تمامی سرورهای پیاده‌سازی شده‌ی لورا، توانایی برقرار ارتباط بین کاربران و مصرف کنندگان و سرورهای خود را دارند.
این ارتباط میتواند هم از طریق http باشد و هم از طریق MQTT. اما واقعا چه نیازی به MQTT میباشد؟
مشکل در پروتکل‌های http این مسئله میباشد که سرور و اپلیکیشن باید مدام در حال گوش دادن دیتای جدید و اطلاعات ارسالی باشند که این مورد به هیچ عنوان بهینه نیست! با توجه به اینکه ما در شبکه‌های لورا به این مسئله حیاتی که اطلاعات بلافاصله به کاربران ارسال شود، نیاز داریم، پروتکل MQTT دقیقا با نقش بهینه خود این مشکل را حل میکند. در این پروتکل کاربران، پیام‌های مختلف خود را به این واسط(MQTT) میسپارند و این واسط وظیفه ارسال و مدیریت پیام‌ها را بر عهده دارد. همانگونه که بیان شد، سرورهای لورا دارای پروتکل MQTT میباشند.
ما این پروتکل را برای طراحی بخش اپلیکیشن کاربران احتیاج داریم.

تایمر هوشمند آبیاری اپلیکیشن بومی

نتیجه

لیست کارهایی که باید برای ارتقای شبکه‌ی خود از جی پی آر اس به شبکه لورا انجام شود:

از دید توسعه دهندگان:

– طراحی مجدد دیوایس‌های انتهای خط، بر اساس پروتکل لورا
– انتخاب و طراحی یک دروازه انتقال اطلاعات
– راه‌اندازی یک سرور شبکه لورا یا خرید یک سرور لورا از شرکت‌های ارائه‌دهنده وب سرویس
– اضافه کردن MQTT به اپلیکیشن خود

از دید بازاری:

– اضافه کردن سخت افزار و اضافه شدن هزینه‌های راه‌اندازی دروازه‌های اتصال به فواصل هر 5 کیلومتر
– آماده سازی یک تیم پشتیبانی برای نصب تجهیزات لورا و اشکال‌زدایی و نظارت بر کل شبکه
– رفع مشکل اینترنت دائمی دروازه‌های اتصال. به عنوان مثال تهیه مودم های 4جی
– رفع مشکل برق دائمی دروازه‌های اتصال
– راه اندازی مجدد شبکه
در نگاه اول پروسه شبکه لورا در کشاورزی هوشمند به نظر سخت میرسد اما نتایج این کار غیر قابل انکار هستند.
چرا که ارتقای شبکه‌های اینترنت اشیا، از جی پی آر اس به شبکه‌های لورا، باعث میشود تعداد خیلی بیشتری سنسورهای مختلف در شبکه با قیمت کمتری داشته باشیم. این عملیات بازدهی کار را چه از نظر بیزینس و چه از نظر کاربران افزایش میدهد. در نهایت، باید اذعان داشت دنیا در حال حرکت به سمت اینترنت اشیا میباشد و کشاورزی نیز به عنوان بخش‌های پیشرو در این زمینه میباشد. بزودی روش‌های سنتی و قدیمی به کنار میروند و هوش مصنوعی و اینترنت اشیا جای این روش‌ها را خواهند گرفت. دیگر چیزی به اسم کشاورزی سنتی وجود خارجی نخواهد داشت و روش‌های نوین مانند کشاورزی عمودی و کشاورزی مکانیزه جای آنها را پرخواهند کرد.

-زبان اصلی مقاله را از اینجا بخوانید.
امتیاز مقاله: