مراقبة طاقة LoRa: استكشاف البروتوكولات البديلة لأتمتة المنزل

مراقبة طاقة إنترنت الأشياء لقد أصبح أحد الجوانب الأساسية للمنازل الذكية في مجتمع اليوم حيث يهدف الناس إلى تقليل الإنفاق على استهلاك الطاقة في منازلهم، ولهذا التطبيق يتم استخدام أجهزة مراقبة الطاقة المحمولة القوية LoRaWAN للحصول على المعلمات الكهربائية مثل الطاقة والجهد والتيار وعامل الطاقة في الوقت الحقيقي.

ولكن كما يتبين من الطلب المتزايد باستمرار على أنظمة إدارة الطاقة المنزليةسيكون من المناسب النظر في البروتوكولات اللاسلكية الأخرى التي يمكن أن توفر مزايا مماثلة. في هذه المقالة، سوف نتعمق في مزايا LoRaWAN لإدارة الطاقة ونقدم تقنية ناشئة تسمى ربف يقدم بديلاً مقنعًا لمراقبة الطاقة المنزلية الذكية.

لماذا تختار نظام إدارة الطاقة LoRaWAN؟

تُعرف اليوم شبكة LoRaWAN (شبكة واسعة النطاق طويلة المدى) بأنها واحدة من أكثر بروتوكولات إنترنت الأشياء الواعدة، بما في ذلك في مجال أنظمة إدارة الطاقة. دعنا نستكشف الأسباب الرئيسية التي جعلت LoRaWAN خيارًا شائعًا لمراقبة الطاقة المنزلية الذكية:

1. اتصال طويل المدى 

القوة الرئيسية الأخرى التي يحبها الناس في LoRaWAN هي أنها يمكن أن تصل إلى مسافات كبيرة. يمكن إرسال المعلومات الخاصة بأجهزة استشعار LoRaWAN إلى البوابات بمسافات تصل إلى 10 كم في ظروف ممتازة. نظرًا لأن خط الرؤية يمثل عائقًا في المناطق الحضرية، فإن نطاق المحطات يقتصر على حوالي 3 كيلومترات. نظرًا للسعة طويلة المدى، فإن LoRaWAN هو الأكثر ملاءمة في المناطق الكبيرة أو المجمعات التي تشمل العديد من الهياكل التي يصعب وضع العديد من شبكات Wi-Fi أو Bluetooth فيها. 

2. حلا فعالا من حيث التكلفة 

أما بالنسبة لخصوصية LoRaWAN، فهي تتعلق بطريقة ميسورة التكلفة لتنفيذ مراقبة الطاقة. يتم الاتصال من أجهزة الاستشعار إلى البوابات عبر موجات الراديو حيث تكون تكلفة الاتصال ضئيلة بعد غرق الأساسيات. علاوة على ذلك، فإن أجهزة LoRaWAN نفسها ميسورة التكلفة للغاية ومتاحة أيضًا لمجموعة متنوعة من الوظائف، وبالتالي قد تكون خيارًا جيدًا لأصحاب المنازل أو الشركات الذين يريدون إدارة فعالة للطاقة دون الحاجة إلى إنفاق الكثير من المال. 

3. استهلاك طاقة منخفض للغاية 

يعد الاستهلاك المنخفض للطاقة ميزة أخرى لها آثار على تصميم أجهزة LoRaWAN. لاحظ أن معظم أجهزة استشعار مراقبة الطاقة LoRaWAN تعمل بالبطارية، وتتميز بعمر بطارية طويل للغاية. ويعني الاستخدام المنخفض للطاقة أيضًا أن هناك حاجة إلى صيانة أقل لأنه لن يلزم استبدال البطاريات كثيرًا. بعبارات بسيطة، هذا هو الحال بالنسبة لأصحاب المنازل نظرًا لأن نظام مراقبة الطاقة الخاص بهم سيتطلب القليل من الجهد وستكون صيانته أرخص بالتأكيد على المدى الطويل.

4. ميزات أمان قوية 

فيما يتعلق بمسألة الأمن، لا يمكن أن تتحمل تكنولوجيا المنزل الذكي وجود ثغرة، وتقوم LoRaWAN بعمل جيد في هذا المجال. معظم البيانات المنقولة عبر شبكات LoRaWAN مشفرة وآمنة وبالتالي؛ لا داعي للقلق بشأن المستخدمين المهتمين بخصوصية بيانات استهلاك الطاقة. تطبق معظم شبكات LoRaWAN مستويين من الأمان:

• أمان الجهاز: يتيح ذلك السماح فقط للمعدات المؤهلة بالاتصال بالشبكة، مما يقلل من فرص الغزو. 
• أمان الشبكة: يتم الاحتفاظ ببيانات المستخدم النهائي مشفرة بحيث لا يكون هناك تنصت أو تعديل للبيانات أثناء النقل بين نقطة النهاية والمرسل. 

5. قابلية التوسع والمرونة 

من الملائم جدًا توسيع أو إضافة محطات قاعدة شبكة LoRaWAN جديدة مما يجعل من السهل تضمين المزيد من الأجهزة أو تحسين نظام المراقبة. وتمثل هذه المرونة الطاقة الشمسية مناسبة لأصحاب المنازل الأفراد وأنظمة إدارة إنتاج الطاقة واستخدامها. 

6. مقاومة التدخل 

تعتبر تقنية تعديل LoRa المدمجة في LoRaWAN حساسة للغاية للتداخل، ومن ثم فقد أثبتت أدائها الجيد في المناطق الحضرية حيث تعمل العديد من الشبكات اللاسلكية. يعد هذا أمرًا ضروريًا للغاية لضمان دقة نقل البيانات دائمًا على الرغم من جودة التردد اللاسلكي المحيط بالشبكة.

مبدأ العمل لرصد الطاقة LoRaWAN

أنظمة مراقبة الطاقة LoRaWAN عبارة عن مجموعة من الوسائل التي تنقل/تستخدم موجات الراديو لإنشاء شبكة لاسلكية. وهو يتألف من أجهزة استشعار الجسم ونقاط الوصول وخادم الشبكة وخادم التطبيقات. العديد منها على شكل أنبوب ويتم تشغيلها بواسطة بطارية. يقومون بجمع البيانات الكهربائية مثل الطاقة والجهد والتيار. ترسل هذه المستشعرات هذه المعلومات في لحظات زمنية معينة نحو البوابات القريبة بمساعدة تعديل LoRa. 

تشبه البوابات الممرات، حيث ترسل أجهزة الاستشعار بياناتها إلى هذه البوابات، والتي يتم بعد ذلك نقلها إلى خادم الشبكة. يتحكم هذا الخادم في الشبكة، وقد تتضمن الإجراءات إزالة رسائل متعددة، وتأمين الأجهزة، وما إلى ذلك. يقوم خادم الشبكة بعد ذلك بإعادة توجيه البيانات المعالجة إلى خادم التطبيقات. هذا هو المكان الذي يعمل فيه تطبيق مراقبة الطاقة ويتم العثور على ميزات مثل تصور البيانات وتحليل الاستهلاك. يمكن أن يكون ذلك من خلال مواقع الويب أو التطبيقات التي تم تطويرها على واجهات المستخدم. 

تتيح هذه البنية حلولاً فعالة وآمنة وقابلة للتوسيع لمراقبة الطاقة. والأهم من ذلك، أن LoRaWAN مناسب للاستخدام المنزلي والتجاري، مما يجعل من الممكن تنظيم ومراقبة استخدام الكهرباء بالسعات الكبيرة والصغيرة على حد سواء.

LoRa مقابل RBF: اختيار البروتوكول المناسب لمراقبة الطاقة في المنزل الذكي

على الرغم من أن LoRaWAN هي واحدة من التقنيات الأكثر استخدامًا في إدارة الطاقة، إلا أنها ليست الوحيدة المتوفرة. تُعرف إحدى التقنيات الحديثة التي تعتبر حاليًا بروتوكولًا أكثر كفاءة من Z-Wave باسم RBF. نقدم هنا مقارنة مختصرة بين هاتين التقنيتين لمساعدتك في اتخاذ القرار المناسب بشأن مراقبة الطاقة لديك. 

RBF هو بروتوكول اتصال لاسلكي صممته RoomBanker لمنازلها الذكية، بما في ذلك جزء إدارة الطاقة. جنبًا إلى جنب مع LoRaWAN، يستخدم RBF نطاق التردد الفرعي جيجا هرتزمما يعني أنه يمكنه نقل البيانات عبر مسافة كبيرة والمرور عبر العوائق مثل الجدران.

تشمل الميزات الرئيسية لتقنية RBF ما يلي:

1. بعيدة المدى: قد يتم تصنيع أجهزة RBF لمشاركة المعلومات على مسافات تصل إلى حوالي 3 كيلومترات في المناطق الحضرية وربما على مسافات أكبر في المناطق الريفية. 
2. استهلاك منخفض للطاقة: من المتصور تطبيق RBF على الأجهزة التي تعمل بالبطارية ويمكن لبعض أجهزة الاستشعار العمل لمدة تصل إلى عدة سنوات على بطارية واحدة. 
3. الموثوقية العالية: تستخدم أساليب جديدة للتحكم في الأخطاء والتداخلات التي تتمثل مهمتها في منع فشل نقل البيانات. 
4. الاتصال الآمن: يستخدم RBF التشفير الشامل لحماية بيانات مستخدميه التي لا يمكن الوصول إليها إلا من قبل المستلمين المقصودين. 
5. الشبكات المتداخلة: في حين أن LoRaWAN لديها طوبولوجيا نجمة مما يعني أن العقد تحتاج إلى التواصل مع البوابة، فإن RBF يدعم شبكة متداخلة مما يعني أن العقد يمكنها إعادة توجيه الرسائل وبالتالي توسيع تغطية الشبكة.

مقارنة لورا وRBF 

عمليًا، يوفر كل من LoRa وRBF خصائص جيدة عندما يتعلق الأمر بمراقبة الطاقة في المنازل الذكية. فيما يلي مقارنة بين الجوانب الرئيسية:

المدى: 

• LoRa: في ظل ظروف العمل المثالية، يمكن أن تصل إلى 10 كيلومترات ولكن في بيئة عمل مكثفة مثل المدينة، فإنها تغطي مسافة 3 كيلومترات. 
• RBF: يصل طوله في البيئات الحضرية إلى 3 كيلومترات ولكن يمكن أن يصل إلى مسافة أبعد من خلال الشبكات المتداخلة. 

استهلاك الطاقة: 

• LoRa: دعامات ذات استهلاك منخفض جدًا للطاقة ومناسبة للأجهزة التي تعمل بالبطاريات. 
• RBF: يعمل أيضًا على تشغيل الأجهزة التي يجب أن تستهلك طاقة مماثلة لأجهزة LoRa، وبالتالي يكون لها عمر بطارية مماثل. 

طوبولوجيا الشبكة: 

• LoRa: في حالة CBRN، تحتوي بشكل أساسي على طوبولوجيا نجمية فقط حيث تكون العقدة النهائية متصلة مباشرة بالبوابات فقط. 
• RBF: لديه خيار دعم الشبكات المتداخلة، مما يعني أنه يمكن أن يخلق فرصة لإنشاء شبكة أعمال ذات مناطق ميتة أقل. 

نطاق التردد: 

• LoRa: ومن ثم، فهي تعمل في نطاقات فرعية مختلفة وفقًا لقوانين الولاية القضائية للبلد. 
• RBF: يغامر أيضًا في نطاقات جيجا هرتز الفرعية التي تتمتع بقدرات اختراق ومدى مماثلة لنطاقات ISM. 

النظام البيئي: 

• LoRa: تتمتع ببيئة صحية حيث أن العديد من الشركات المصنعة للأجهزة، بالإضافة إلى مزودي الشبكات، موجودة بالفعل. 
• RBF: تقنية أقل تطوراً نسبيًا ولها تاريخ أقصر، ولكنها بدأت تكتسب زخمًا بشكل أساسي من خلال التعاون مع RoomBanker. 

 التقييس: 

• LoRa: يعتمد على معيار مفتوح يديره LoRa Alliance. 
• RBF: تقنية مملوكة لشركة RoomBanker ويتم التحكم فيها بواسطة هذه الشركة. 

عند الاختيار بين LoRa وRBF لنظام مراقبة الطاقة المنزلي الذكي الخاص بك، ضع في اعتبارك عوامل مثل متطلباتك المحددة، وحجم الممتلكات الخاصة بك، ومدى توفر الأجهزة، وتفضيلاتك للمعايير المفتوحة مقابل الحلول الخاصة.

أجهزة إدارة الطاقة المنزلية طويلة المدى ومنخفضة الطاقة التي تم تمكينها بواسطة RBF

يتم تطبيق تقنية RBF في عدد من أجهزة إدارة الطاقة التي يتم استخدامها للمراقبة والتحكم الفعالين في استخدام الطاقة المنزلية. وهي تشمل تلك التي تستخدم اتصالات التردد اللاسلكي عبر مسافات طويلة بينما تستهلك في نفس الوقت طاقة منخفضة يمكن أن تناسب أي منزل بأي حجم. 

مراقبة الكهرباء المقابس الذكية هي أيضًا أحد أهم عناصر بيئة RBF. يقومون بتحويل الأجهزة العادية إلى منتجات ذكية ومراقبة باستخدام جهاز التحكم عن بعد وإحصائيات الاستهلاك. مفاتيح الجدار RBF يمنح أيضًا ذكاءً للإضاءة مما يعزز استخدام الضوء والتحكم فيه من خلال التشغيل عن بعد وإدارة الطاقة والتوافق مع أدوات المنزل الذكي الأخرى. 

فيما يتعلق بجانب المراقبة واسعة النطاق، تستخدم عدادات RBF الذكية الاستخدام المنزلي بالكامل وقياس الطاقة. أنها توفر معلومات فورية عن الحمل الإجمالي للاستهلاك في المنازل؛ في بعض الأحيان يشمل التوزيع الدوائر وأنواع الأجهزة. يمكن لهذه العدادات تحديد المخالفات والتفاعل مع أنظمة الطاقة الشمسية وتقديم نصائح حول كيفية استخدام طاقة أقل. 

بشكل جماعي، تسمى هذه الأجهزة الذكية التي يدعمها RBF وتشكل النظام البيئي لإدارة الطاقة المنزلية. توفر خصائصها طويلة المدى ومنخفضة الطاقة الأداء الصحيح والعمر الطويل لبطارياتها بغض النظر عن البيئة المنزلية وتسمح لأصحاب المنازل باتخاذ خيارات ذكية فيما يتعلق باستخدام الكهرباء الخاصة بهم.

RoomBanker: البحث عن شركاء لنظام إدارة الطاقة المنزلية

تجدر الإشارة إلى أن RoomBanker تبحث حاليًا عن شركاء لترويج أجهزة إدارة الطاقة القائمة على RBF. هذه الفرصة متاحة لـ تكامل نظام المنزل الذكي الذين يرغبون في توسيع محافظهم بشكل أعمق في النظام البيئي للمنزل الذكي ولكنهم لا يريدون بناء كل جهاز بأنفسهم. 

تم تصميم برنامج الشراكة لتزويد أصحاب المصلحة الرئيسيين بمجموعة من الأجهزة المدمجة بالفعل مع تقنية RBF التي تتيح اتصالات طويلة المدى ومنخفضة الطاقة. ويشمل ذلك فرص الحصول على المزيد من الحلول المخصصة والدعم عالي التقنية والقدرة على تحسين عروض السوق المقابلة. 

روم بانكر يمكن أن يكون مفيدًا في توفير تكلفة تطوير المنتجات، مما يمكّن الشركات من إطلاق منتجات جديدة في وقت قصير جدًا، ودخول سوق المنازل الذكية الموفرة للطاقة الواعدة. الهدف من إنشاء مثل هذه الشراكة هو توليد مصادر جديدة للدخل وزيادة الحصص السوقية للشركاء في مساحة السوق المحلية الذكية.