Det framgår av figurerna 29 till 34 att varken miljö eller avstånd påverkar fördröjningsvariationen.
Exempelvis visar figur 32 att fördröjningsvariationen är mellan 1,7 till 2 ms i alla tester vid SF 8 och bandbredd 125 kHz på avståndet 700 m i havsmiljön. Figur 34 visar att fördröjningsvariationen är mellan 1,9 till 2,2 ms i alla tester vid SF 8 och bandbredd 125 kHz på avståndet 1500 m i havsmiljön.
Det visar att när avståndet förlängdes från 700 m till 1500 m förlängdes fördröjningsvariationen med ca 0,2 ms i sämsta fall. Denna påverkan är för lite och man kan bortse från den. Figurerna 29 och 33 visar att miljö inte påverkar fördröjningsvariationen. Exempelvis visar figur 29 att
0
Fördröjningsvariation på avståndet 150 m i stadsmiljö för test2
0
Fördröjningsvariation på avståndet 700 m i havsmiljö för test2
38 | ANALYS OCH DISKUSSION
fördröjningsvariationen är mellan 1,8 till 2 ms i alla tester vid SF 7 och bandbredd 125 kHz på avståndet 300 m i stadsmiljö. Figur 33 visar samma resultat av fördröjningsvariation vid samma SF och bandbredd på avståndet 1000 m i havsmiljö.
5.4.3 Datahastighet
Det framgår av figurerna 29 till 34 att datahastigheten inte påverkar fördröjningsvariationen i stor grad. Man kan inte påstå att datahastigheten inte har någon påverkan på fördröjningsvariationen eftersom det observeras ca 0,8 ms tidsskillnad på fördröjningsvariation mellan snabbaste och långsammaste datahastigheten på ett visst avstånd. Exempelvis visar figur 34 att när bandbredden sänks från 500 kHz till 125 kHz vid SF 11 så förlängs den genomsnittliga fördröjningsvariationen från ca 2 ms till 2,5 ms. Det visar att när datahastigheten sänks förlängs fördröjningsvariationen med några decimalvärden. Denna påverka är låg och man kan bortse från den.
Ekonomi och miljö
Kommunikationstekniken LoRa är en god kandidat för IoT pga. egenskaper som låg kostnad, låg energiförbrukning samt låg distanskommunikation. LoRa betraktas som lågkostnad kommunikationsteknik pga. många orsaker. Mindre komplexitet hos LoRa-enheter tack vare den unika modulationen som beskrevs i sektion 2.6.2 ledde till att priset på LoRa-enheter kan hållas låg.
En annan orsak till att LoRa är billigare är att LoRa använder licensfria frekvenser då det inte finns spektrumkostnader (licens). För att LoRa har låg energiförbrukning så minskas även kostnaderna för laddning och batterier.
Alla energislag påverkar miljön även förnybara energislag som vattenkraft, vindkraft och solenergi [25]. Låg energiförbrukning hos LoRa-enheter är en anledning att räkna LoRa som en miljövänlig kommunikationsteknik. Som tidigare nämndes i teorikapitlet kan man räkna med ca 10 år batterilivslängd hos LoRa-enheter under vissa kriterier. Med tanke att 30 miljarder IoT produkter kommer att vara uppkopplade år 2020 [4] kan man påstå att med hjälp av LoRa sparas mycket energi årligen. Etiska och sociala aspekter är inte relevant till ämnet av examensarbetet därför tas de inte upp här.
6 Slutsatser
Syftet med arbetet var att utveckla en mätmetod och prototyp för prestandaanalys av radiosystemet LoRa. Mätmetoden skulle användas sedan för att analysera hur olika parametrar som datahastighet, avstånd och olika miljöer påverkar LoRa-nätverksprestandaparametrar som t.ex. signalstyrka, paketförluster, fördröjningar (latency) och fördröjningsvariationer (jitter).
Först utvecklades en mätningsmetod för prestandaanalys av LoRa. Mätresultaten är ett exempel på vad den utvecklande metoden kan användas till.
Arbetets resultat visar att signalstyrkan påverkas av miljö, avstånd och bandbredd. Signalstyrkan har varit ca 4 dBm till 8 dBm starkare på några scenarier i havsmiljön än stadsmiljön vid samma avstånd och datahastighet. Orsaken kan vara pga. störningar, interferens, blockeringar som kan finnas i stadsmiljö. Även ett högre värde på bandbredd leder till en starkare signalstyrkan. Däremot har datahastighet minimal påverkan på signalstyrkan eftersom inga stora påverkningar observerades när datahastigheten ändrades genom SF med en konstant bandbredd. Att signalstyrkan påverkas av bandbredden är intressant resultat som inte kunde förutses innan.
Paketförlusten påverkas av miljö, datahastighet och avstånd. Arbetets resultat visar att fler datapaket förloras vid längre avstånd och i stadsmiljön. Resultaten visar att långsammare datahastighet (högre SF och lägre bandbredd) leder till att färre datapaket förloras och på så sätt längre kommunikationsräckvidd uppnås. Enligt tidigare arbetens simuleringar kunde man förutse att högre datahastighet leder till längre kommunikationsräckvidd men i den här studien genomfördes experiment på riktig hårdvara för att undersöka resultaten.
Miljö, avstånd och datahastighet påverkar fördröjningen. Fördröjningen är några millisekunder längre i stadsmiljö än havsmiljö vid samma avstånd. Fördröjningen är även några millisekunder längre vid längre avstånd i samma miljö. Däremot har datahastighet största påverkan på fördröjningen. Fördröjningen ändras med några hundra millisekunder när datahastigheten ändras genom SF och/eller bandbredd.
Arbetets resultat visar att fördröjningsvariationen inte påverkas av miljö och avstånd. Datahastighet (bandbredd och SF) påverkar fördröjningsvariationen men denna påverkan är låg så att man kan bortse från den.
Beroende på olika användningsområden ska man välja lämplig initiering av överföringsparametrar i LoRa. Exempelvis om fördröjningen är viktig för kommunikationen rekommenderas att välja hög datahastighet genom att välja mindre värde på spridningsfaktor och högre bandbredd. Däremot om kommunikationen sker i stadsmiljö eller om längre kommunikationsräckvidd önskas så är det bäst att välja lägre datahastighet dvs. välja större värdet på spridningsfaktor och lägre bandbredd.
Fortsatt arbete
Ett förslag till framtida arbete är att analysera hur olika parametrar såsom datahastighet (SF och bandbredd) påverkar energiförbrukning hos LoRa. Dessutom kan man analysera hur LoRa-nätverksprestanda påverkas när många IoT-noder samtidigt kommunicerar med en gateway.
40 | SLUTSATSER
Källförteckning
[1] F. Adelantado, X. Vilajosana, P. Tuset-Peiro, B. Martinez, J. Melià-Seguí och T. Watteyne,
”Understanding the Limits of LoRaWAN,” IEEE Communications Magazine, Mars 2019.
[2] K. Ashton, ”That ‘Internet of Things’ Thing”, rfidjournal.com, juni 2009. [Online]. Tillgänglig:
http://www.rfidjournal.com/articles/view?4986. Hämtad 2019-03-27
[3] Uppsala universitet, ”Vad är sakernas internet, Internet of Things (IoT)?”, iotsverige.se. [Online].
Tillgänglig: https://iotsverige.se/internet-things/. Hämtad 2019-03-27
[4] Statista, ”Internet of Things (IoT) connected devices installed base worldwide from 2015 to 2025 (in billions)”, statista.com, 2019. [Online]. Tillgänglig: https://www.statista.com/statistics/471264/
iot-number-of-connected-devices-worldwide/. Hämtad 2019-03-28
[5] N. Lethaby, “Wireless connectivity for the Internet of Things: One size does not fit all”. [ebook]
Texas Instruments Incorporated. Tillgänglig: http://www.ti.com/lit/wp/swry010a/swry010a.pdf.
[6] K. Mekki et al. “A comparative study of LPWAN technologies for large-scale IoT deployment”, ICT Express, vol. 5, nr. 1, 2019, s. 1-7.
[7] Ambiductor ab, ”Vad är LoRa?”, ambiductor.se. [Online]. Tillgänglig:
https://www.ambiductor.se/lora/vad-ar-lora. Hämtad 2019-03-29
[8] M. Andersson, “Implementation av en metod för prestandamätning av sensorkommunikation med Bluetooth low energy”, Digitala Vetenskapliga Arkivet, 2016, id: diva2:998708
[9] Venkat Mohan et al, “Active and Passive Network Measurements : A Survey”, International Journal of Computer Science and Information Technologies, vol. 2, 2011, s. 1372-1385
[10] M Hasib and A. Schormans, “Limitations of passive & active measurement methods in packet networks”, Semanticscholar , Proceedings of LCS 2003 London Communications Symposium, 2003 [11] LoRa Alliance, “About LoRa Alliance”, lora-alliance.org. [Online]. Tillgänglig: https://lora-alliance.org/about-lora-alliance. Hämtad 2019-04-02
[12] A. Augustin, J. Yi, T. Clausen och W. M. Townsley, ”A Study of LoRa: Long Range & Low Power Networks for the Internet of Things,” Sensors, vol. 16, nr 9, p. 1466, 2016.
[13] M. Kihl, “Fortsättning på Internetprotokoll”, Föreläsning på Lund universitiet, Tillgänglig:
https://www.eit.lth.se/fileadmin/eit/courses/eitf25/2017/Applikationer_S%E4kerhet_Mobil.pdf.
[14] Maxim integrated, “An Introduction to Spread-Spectrum Communications”, maximintegrated.com. [Online]. 2003, id. 1890.
42 | KÄLLFÖRTECKNING
[15] The things network, “LoRaWAN Frequencies Overview”, thethingsnetwork.org. [Online].
Tillgänglig: https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/frequency-plans.html#cn470-510.
Hämtad: 2019-04-6.
[16] Bouguera, Taoufik et al. “Energy Consumption Model for Sensor Nodes Based on LoRa and LoRaWAN”, Sensors, vol. 18, 2104, doi:10.3390/s18072104.
[17] M. Bor and U. Roedig, "LoRa Transmission Parameter Selection", International Conference on Distributed Computing in Sensor Systems (DCOSS), 2017, pp. 27-34. doi: 10.1109/DCOSS.2017.10.
[18] Dragino, “LG01-P IoT Gateway featuring LoRa® technology”, dragino.com. [Online]. Tillgänglig:
http://www.dragino.com/products/lora/item/117-lg01-p.html. Hämtad: 2019-04-8.
[19] I. Orhan, A. Gonga and T. Lindh, "An end-to-end performance meter for applications in wireless body sensor networks," IEEE, 2008, pp. 330-333. doi: 10.1109/ISSMDBS.2008.4575086.
[20] A. Lavric and V. Popa, "LoRa™ wide-area networks from an Internet of Things perspective,"
IEEE, 2017, pp. 1-4. doi: 10.1109/ECAI.2017.8166397.
[21] J. Petäjäjärvi et al. “Performance of a low-power wide-area network based on LoRa technology:
Doppler robustness, scalability, and coverage”, International Journal of Distributed Sensor Networks, 2017, vol. 13, doi: 10.1177/1550147717699412.
[22] LoRa® Alliance, ”A technical overview of LoRa® and LoRaWANTM”, tuv.com. [Online].
Tillgänglig:
https://www.tuv.com/media/corporate/products_1/electronic_components_and_lasers/, 2015, Hämtad: 2019-04-10.
[23] Netspot, “What is RSSI and its relation to a Wi-Fi network”, netspotapp.com. [Online].
Tillgänglig: https://www.netspotapp.com/what-is-rssi-level.html. Hämtad: 2019-04-10.
[24] Mike McCauley, ”RadioHead Packet Radio library for embedded microprocessors”, airspayce.com. [Online]. Tillgänglig: https://www.airspayce.com/mikem/arduino/RadioHead/.
Hämtad: 2019-04-15.
[25] Naturvårdsverket, ”Energin påverkar miljön”, naturvardsverket.se. [Online]. Publicerat: 2018-08-20, Hämtad: 2019-05-01
Bilagor
Bilaga 1 Specifikationer för Arduino Uno1
Bilaga 2 bild på IoT-nod
1 http://osusume-energy.biz/20180123014133_arduino-uno-technical-specs/
44 | KÄLLFÖRTECKNING
Bilaga 3 bild på gateway
www.kth.se