آیا به دنبال کاهش هزینههای اتصال گسترده در اینترنت اشیا (IoT) هستید؟ طیف رادیویی بدون مجوز (unlicensed radio spectrum) گزینهای ایدهآل است. اما متأسفانه، این طیف فقط برای شما نیست. در سال 2024، بیش از 15 میلیارد دستگاه IoT امواج رادیویی را اشغال کردند و احتمالاً تا سال 2030 این تعداد دو برابر خواهد شد.
بسیاری از این دستگاهها برای استفاده از پهنای باند بدون مجوز مشابه رقابت میکنند. وقتی چندین دستگاه همزمان از یک پهنای باند استفاده کنند، نتیجه تداخل (interference) است و این تداخل میتواند صرفهجوییهای ناشی از استفاده از طیف بدون مجوز را از بین ببرد.
پروتکلهای ارتباطی متعددی برای شبکههای LPWAN بدون مجوز وجود دارند: LoRaWAN، Sigfox، NB-IoT-Unlicensed و غیره. اما تنها یکی از آنها بهطور خاص برای غلبه بر تداخل طراحی شده است: TS-UNB. این پروتکل میتواند کلید صرفهجویی قابلتوجه در هزینهها در طول عمر شبکه IoT گسترده شما باشد. در ادامه، راهنمای مختصری درباره هزینههای احتمالی اجرای یک شبکه IoT گسترده در طیف بدون مجوز و نحوه محافظت پروتکل TS-UNB از این هزینهها ارائه میشود.
هزینههای ناشی از ازدحام در باندهای IoT
اپراتورهای شبکههای موبایل (MNOs) مالک بخشهایی از طیف مجاز هستند و برای دسترسی به آن هزینه دریافت میکنند. به همین دلیل، هزینههای جاری شبکههای مبتنی بر طیف مجاز همیشه بیشتر از شبکههای مبتنی بر طیف بدون مجوز است.
بااینحال، هزینهای که به MNO پرداخت میکنید، حداقل یک مزیت بزرگ دارد: اپراتورها جریان ترافیک را کنترل میکنند، بنابراین میتوانید مطمئن باشید که بستههای داده (data packets) با خیال راحت به مقصد میرسند.
این موضوع در مورد طیف بدون مجوز صدق نمیکند. همانطور که بنیاد فناوری اطلاعات و نوآوری (ATIF) میگوید:
«قیمت دسترسی رایگان به طیف بدون مجوز این است که کاربران از حفاظت تضمینشده در برابر تداخل محروم میشوند.»
ازدحام پهنای باند میتواند هزینههای شبکه IoT را به روشهای مختلفی افزایش دهد. برای مثال:
- تداخل میتواند نرخ خطای بستهها را افزایش دهد و سیستم را وادار به ارسال مجدد بستهها کند. این کار باتریها را تخلیه میکند و تعویض باتری در یک شبکه IoT گسترده اغلب بسیار پرهزینه است.
- از دست رفتن اطلاعات ناشی از ازدحام میتواند کیفیت خدمات شبکه شما را کاهش دهد. بهطور خلاصه، تداخل شبکه شما را غیرقابلاعتماد میکند و ممکن است مشتریان شما ناامید شده و به سراغ گزینههای دیگر بروند.
- ازدحام باعث افزایش زمان حضور در هوا (on-air time) میشود که فرصت بیشتری به مهاجمان برای حمله یا رهگیری بستههای داده شما میدهد. امنیت ضعیف میتواند منجر به نقض دادهها یا خاموشی سیستم شود که هزینههای زیادی به دنبال دارد.
پروتکل TS-UNB برای جلوگیری از این مشکلات طراحی شده است، حتی در شبکههای IoT عظیم با صدها هزار دستگاه یا بیشتر که در طیف بدون مجوز فعالیت میکنند.
به گزارش ATIF:
«دسترسی قابلاعتماد به طیف بدون مجوز اساساً به معنای بهرهمندی از مزایای طیف مجاز بدون هیچ هزینهای است.»
پروتکل TS-UNB شما را به این ایدهآل نزدیکتر میکند. اما چگونه؟
درک پروتکل TS-UNB LPWAN
ابتدا بیایید اصطلاح را توضیح دهیم: TS-UNB مخفف Telegram Splitting Ultra-Narrow Band (باند فوق باریک تقسیم تلگرام) است.
سیستم ارتباطی رادیویی باند فوق باریک (UNB) کانال ارتباطی خود را به بخش بسیار کوچکی از پهنای باند محدود میکند. این کار به سیستم امکان میدهد از نویز اجتناب کرده و سیگنالهای نسبتاً ضعیف را با موفقیت ارسال و دریافت کند.
اما جادوی واقعی TS-UNB در فناوری تقسیم تلگرام (telegram splitting) نهفته است. بهطور خاص، TS-UNB از تکنیک مخابراتی به نام دسترسی چندگانه تقسیم تلگرام (TSMA) استفاده میکند. این فناوری به این صورت عمل میکند:
- سیستم TSMA یک بسته داده را به چندین زیربسته (sub-packets) کوچکتر تقسیم میکند.
- زیربستهها شامل ترکیبهای مختلفی از دادههای اضافی (redundant data) هستند.
- سیستم این زیربستهها را در فرکانسهای مختلف و در زمانهای متفاوت ارسال میکند.
- برخی از انفجارهای رادیویی ممکن است به دلیل تداخل از بین بروند، اما گیرنده تنها به نیمی از زیربستهها نیاز دارد تا بسته داده کامل را بازسازی کند.
این رویکرد در برابر تداخل محافظت میکند. همچنین نسبت به ارسال بسته کامل انرژی کمتری مصرف میکند، زیرا انفجارهای رادیویی بسیار سریعتر هستند. در نهایت، ترکیب روش TSMA با انتخابپذیری UNB، ارتباط قوی و دسترسی بهتر به کانال را در مقیاس عظیم IoT فراهم میکند.
علاوه بر این، TS-UNB روی یک تراشه واحد اجرا میشود که امکان تولید دستگاههای ارزانقیمت با عمر باتری طولانی را فراهم میکند. نیازی به نصب دروازههای (gateways) متعدد در همهجا نیست، بنابراین هزینههای زیرساختی در مقایسه با سایر فناوریهای LPWAN بدون مجوز بهطور قابلتوجهی کاهش مییابد.
این مزایا، TS-UNB را به یک LPWAN بسیار مقرونبهصرفه برای کاربردهای شهری، تجاری و صنعتی IoT تبدیل میکند.
برترین موارد استفاده از شبکههای مبتنی بر TS-UNB
پروتکل TS-UNB برای شبکههای IoT گستردهای که در مناطق جغرافیایی وسیع فعالیت میکنند و نیاز به ظرفیت برای مقیاسپذیری بیشتر دارند، ایدهآل است.
برای مثال، شبکهای که از TS-UNB استفاده میکند میتواند هزینههای سیستمهای IoT مانند موارد زیر را کاهش دهد:
- شبکههای شهر هوشمند ترکیبی: کنتورهای هوشمند، حملونقل هوشمند، پارکینگ هوشمند، مدیریت زباله هوشمند. شهرها از اجرای این سیستمها روی شبکههای خودشان سود میبرند، زیرا هم دسترسی را تضمین میکنند و هم از پرداخت هزینه به MNOها اجتناب میکنند. در عین حال، این شبکهها باید فضایی برای مقیاسپذیری این سیستمهای عظیم داشته باشند و TS-UNB برای این آیندهنگری عالی است.
- کارخانههای صنعتی بزرگ: کارخانههای تولید خودرو امروزی عملاً به اندازه یک شهر کوچک هستند. با ظهور صنعت 4.0، تولیدکنندگان بزرگ به چندین سیستم IoT نیاز دارند که بهصورت همزمان کار کنند، مانند اتوماسیون، ردیابی داراییها، و نظارت بر محیط. TSMA در TS-UNB به این سیستمها اجازه میدهد بدون ایجاد تداخل با یکدیگر کار کنند.
- IoT کشاورزی: مزارع فضای زیادی را اشغال میکنند. TS-UNB از محدودههای وسیع پشتیبانی میکند تا تمام این فضا را پوشش دهد و مصرف انرژی بسیار پایین آن امکان قرار دادن دستگاهها در مزرعه (یا روی حیوانات) و دریافت دادهها بدون نیاز به تعویض باتری را فراهم میکند.
این مثالها تنها بخشی از کاربردها هستند. همانطور که نشان دادیم، TS-UNB میتواند در هر شبکه IoT گستردهای که به رشد مقیاس خود ادامه میدهد، هزینهها را کاهش دهد. با محافظت در برابر ازدحام در طیف بدون مجوز، TS-UNB سیستم IoT شما را برای آیندهای با ترافیک شبکهای بیشتر آماده میکند.
منبع: iotforall