LoRaWAN kablosuz iletişim protokolünün incelenmesi ve bir IoT uygulaması
Study of LoRaWAN wireless communication protocol and an IoT application
Yazar: GÜRKAN DOĞAN
Danışman: PROF. DR. YETKİN TATAR
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Donanım Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
LoRa (Long Range), chirp spread-spectrum (CSS) tekniğine dayanan patentli bir modülasyon şemasıdır. Bu teknik, günümüzün önde gelen düşük güç alanlı (LPWA) teknolojilerinden biri olan LoRaWAN'ın fiziksel katmanında uygulanmaktadır. LoRa'nın en önemli özelliği, düşük veri hızı ve düşük enerji tüketiminin yanı sıra uzun menzilli iletişimi sağlayabilmesidir.
Bu tez çalışması, LoRa'nın farklı ortamlardaki performansına odaklanmaktadır. Bu performans testleri için iki farklı uygulama yapılmıştır; birincisi fiziksel uygulama ve ikincisi simülasyon uygulaması. Fiziksel uygulama için her ne kadar doğal olarak dış mekân performansına daha fazla dikkat edilse de, bu çalışma LoRa'nın iç mekan performansını da gözlemliyor. Dış mekân test yerleri kentsel alanlar, ağaçlı rekreasyon alanları ve iyi bir Fresnel Sahası olan yüksek tepelerdir. İç mekân ölçümleri iki ortamda yapılmıştır. İlki çok katlı bir binadır. İkincisi, dar kesitli bir tünel ortamıdır. Her test ortamı için farklı yayılım faktörü ve iletim gücü seçilerek paket teslim oranı (PDR), RSSI ve SNR değerleri gözlenip sonuçları tartışılmıştır. Simülasyon uygulaması için de seçilen propagasyon modeline göre hem dış mekân hem de iç mekân ortamlarının farklı konumlar ya da uzaklıklar seçilerek performans testleri yapılmaktadır. Performans testleri için Opnet Modeler simülasyon aracının kütüphanesinde henüz bulunmayan LoRaWAN uç cihazı, ağ geçidi, ağ sunucusu, katılım sunucusu ve uygulama sunucusunun modellemesi yapılarak ve her bir konum için farklı yayılım faktörü, yol kaybı katsayısı ve iletim gücü seçilerek PDR, RSSI ve SNR performans ölçütleri değerlendirilip analizi yapılıp sonuçları tartışılmıştır.

Abstract:
LoRa is a patented modulation scheme based on the CSS technique. This technique is implemented in the physical layer of LoRaWAN, which is one of today's prominent LPWA technologies. The most important feature of LoRa is that it can enable long-range communication as well as a low data rate and low energy consumption.
This thesis focuses on the performance of LoRa in different environments. Two different applications were performed for these performance tests; the first is the physical application and the second is the simulation application. This study also observes the indoor performance of LoRa, although natural attention is paid more to outdoor performance for physical application. Outdoor test sites are urban areas, tree-lined recreation areas and high hills with a good Fresnel Field. Indoor measurements were in two environments. The first is a multi-storey building. The second is a narrow section tunnel environment. PDR, RSSI and SNR values were measured by selecting different spread factors and transmission power for each test environment and the results were discussed. According to the propagation model selected for simulation application, performance tests are performed by selecting different locations or distances of both outdoor and indoor environments. For performance tests, modeling of LoRaWAN end device, gateway, network, join and application servers, which is not yet in the library of Opnet Modeler simulation tool, was performed. PDR, RSSI and SNR performance criteria were evaluated and analyzed by selecting different spread factor, path loss exponent and transmission power for each different distance between the end device and the gateway.