Υλοποίηση συσκευών αισθητήρων LoRa και μελέτη επικοινωνίας τους σε ενεργό LoRaWAN δίκτυο
Creators: name: Κουμερκερίδης, Ιωάννης Αποστόλου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: Διαδίκτυο των Αντικειμένων
Συσκευές Αισθητήρων
Δίκτυο ευρείας περιοχής και χαμηλής ισχύος
Internet of Things
Sensor Devices
LoRaWAN

description: Αντικείμενο της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η υλοποίηση συσκευών IoT LoRa με αισθητήρες θερμοκρασίας-υγρασίας και η μελέτη επικοινωνίας τους σε ενεργό διεθνές δίκτυο LoRa (The Things Network). Το διαδίκτυο των πραγμάτων που διασυνδέει συσκευές μεταξύ τους (Machine-to-Machine/M2M), γνωστό ως IoT, παρουσιάζει τα τελευταία χρόνια ραγδαία εξάπλωση, με τις επίσημες προβλέψεις να κάνουν λόγο για πάνω από 50 δισεκατομμύρια συσκευές συνδεδεμένες στο Διαδίκτυο έως το 2022, λειτουργώντας σε εσωτερικούς ή εξωτερικούς χώρους, σε πόλεις ή στην επαρχεία και με μεγάλη γκάμα εφαρμογών. Έτσι ο τεχνολογικός κλάδος συνεχώς ψάχνει νέους τρόπους επικοινωνίας των συσκευών αυτών μεταξύ τους, με έμφαση στην μεγάλη εμβέλεια καθώς και στην μικρή κατανάλωση ενέργειας, χωρίς όμως μεγάλες απαιτήσεις σε εύρος ζώνης καθώς τα δεδομένα που διακινούνται είναι μικρά.Το LoRa είναι μία τέτοια, νέα τεχνολογία ασύρματης επικοινωνίας, που βασιζόμενη στην διαμόρφωση Chirp Spread Spectrum επιτυγχάνει μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις αλλά με χαμηλή ισχύ και μικρών πακέτων δεδομένων λειτουργώντας στην ISM ελεύθερη μπάντα συχνοτήτων. Τα πρωτόκολλα επικοινωνίας της, LoRaWAN αναπτύσσονται από την LoRa Alliance και δίνουν την δυνατότητα προσαρμογής της τεχνολογίας αυτής σε πολλών τύπων περιβάλλοντα με διαφορετικά τεχνικά χαρακτηριστικά που να εξυπηρετούν κάθε φορά διαφορετικές ανάγκες. Σκοπός της εργασίας η εξοικείωση με την λειτουργία των LoRa δικτύων καθώς και η μελέτη συμπεριφοράς και απόδοσής της σε διαφορετικές περιοχές της Θεσσαλονίκης καθώς και σε εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν δείχνουν ότι η τεχνολογία LoRa είναι ιδανική για εφαρμογές IoT μεγάλων αποστάσεων με χαμηλό κόστος λειτουργίας, αλλά με σημεία στα οποία πρέπει να δοθεί προσοχή για να έχουμε σωστά αποτελέσματα στην επικοινωνία των συσκευών και την μετάδοση των δεδομένων. Η δυνατότητα επιλογής διαφορετικών Spreading Factors ανάλογα την απόσταση των συσκευών μας από τις πύλες αλλά και ανάλογα με την ύπαρξη οπτικής επαφής ή όχι σε μία αστική περιοχή μας δίνει την ευελιξία που χρειαζόμαστε από την τεχνολογία IoT LoRa.
description: The subject of this thesis is the implementation of IoT LoRa devices with temperature-humidity sensors and their communication study in the active international LoRa network (The Things Network). The Internet of Things connecting devices to each other, known as the IoT, has been expanding rapidly in recent years, with official estimates of more than 50 billion Internet-connected devices by 2022, operating indoors or outdoors, in cities or provinces and with a wide range of applications. Thus, the technology industry is constantly looking for new ways for communication between these devices, with emphasis placed on long range and low power consumption, but without high bandwidth requirements as the amount of data transmitted is low. LoRa is one such new wireless communication technology that, based on the Chirp Spread Spectrum modulation, achieves long-range transmission of small data packets, with low power consumption, operating in the ISM free frequency band. LoRaWAN communication protocols are developed by the LoRa Alliance and enable the adaptation of this technology to many types of environments with different technical characteristics that serve different needs each time. The purpose of the work is to get familiar with the operation of LoRa networks as well as to study its behavior and performance in different areas of Thessaloniki, indoors and outdoors. The findings show that LoRa technology is ideal for long distance IoT applications with low operating costs, but with points that need attention, in order to yield proper results in device communication and data transmission. The ability to choose different Spreading Factors depending on the distance of our devices from the gateways but also depending or not on the presence of Line-of-Sight in an urban area gives us the flexibility we need from the IoT LoRa technology.