Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Utveckling av mätmetod och prestandaanalys av LoRa
KTH, School of Engineering Sciences in Chemistry, Biotechnology and Health (CBH), Biomedical Engineering and Health Systems, Health Informatics and Logistics.
2019 (Swedish)Independent thesis Basic level (university diploma), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesisAlternative title
Development of measurement method and performance analysis of LoRa (English)
Abstract [sv]

Internet of Things(IoT) tillämpningar har ökat under de senaste åren och därför behövs nya kommunikationstekniker som uppfyller kriterierna låg strömförbrukning, lång räckvidd samt låg kostnad, som behövs för att distribuera tekniken i samhället. LoRa (Long Range) är en framstående trådlös kommunikationsteknik som utvecklades av LoRa Alliance för att uppfylla dessa kriterier. 

Syftet med arbetet är att utveckla en mätmetod för prestandaanalys av radiosystemet LoRa. Mätmetoden används sedan för att analysera hur olika parametrar som datahastighet, avstånd och olika miljöer påverkar LoRa-nätverksprestandaparametrar dvs. signalstyrka, paketförluster, fördröjningar (latency) och fördröjningsvariationer (jitter). 

För att uppnå syftet utvecklades först en mätningsmetod. Därefter genomfördes experiment i två olika miljöer (stadsmiljö och havsmiljö) för prestandaanalys av LoRa. I varje experiment positionerades en IoT-nod på olika avstånd och datapaket skickades med olika datahastigheter från IoT-noden till en gateway. Datahastigheten ändrades genom att ändra på spridningsfaktor (SF) och bandbredd. Passiv mätningsmetod användes för att samla in mätningsdata. Metoden som användes för att analysera resultaten var statistisk dataanalysmetod då de data som samlades in var kvantitativa. 

Resultatet visar att signalstyrkan påverkas av miljö, avstånd och bandbredd. Signalstyrkan är starkare i fri sikt jämfört med stadsmiljö. Signalstyrkan är starkare även vid kortare avstånd och större bandbredd. Däremot har datahastigheten (SF) minimal påverkan på signalstyrkan. Att signalstyrkan påverkas av bandbredden är intressant resultat som inte kunde förutses innan.

Paketförlusten påverkas av miljö, datahastighet (SF och bandbredd) och avstånd. Fler datapaket förloras vid längre avstånd och i stadsmiljön. Lägre datahastighet leder till att färre datapaket förloras och på så sätt längre kommunikationsräckvidd uppnås. Enligt tidigare arbetens simuleringar förutsågs 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. 

Fördröjningsvariationen påverkas inte av miljö och avstånd. Datahastighet (bandbredd och SF) påverkar fördröjningsvariationen men denna påverkan är låg och man kan bortse från den.

Abstract [en]

The Internet of Things (IoT) use cases have increased significantly in recent years. Therefore, new wireless communication technologies are needed that meet the criteria such as low power consumption, long range and low cost. LoRa, which stands for "Long Range", is a wireless communication technology developed by the LoRa Alliance to meet these criteria. 

The purpose of this paper is to a develop measurement method for performance analysis of the LoRa radio system. The measurement method used to analyze how different parameters such as data rate, distance and different environments affect LoRa network performance parameters i.e. signal strength, packet loss, latency and jitter.

To achieve the purpose, a measurement method and prototype were first developed. Then experiments were carried out in two different environments (urban and open space). In each experiment, an IoT node was positioned at different distances and data packets were sent from the IoT node to a gateway with different data rates. The data rate was changed by changing the spreading factor (SF) and bandwidth. Passive measurement method was used to collect measurement data. The method used to analyze the results was the statistical data analysis method since the data collected was quantitative.

The result shows that the signal strength is affected by the environment, distance and bandwidth. The signal strength is stronger in free view compared to urban environment. The signal strength is stronger even at shorter distances and greater bandwidth. However, the data rate (SF) has minimal impact on signal strength. The fact that the signal strength is affected by the bandwidth is interesting results that could not be predicted before.

The packet loss is affected by the environment, data rate and distance. More data packets go lost at longer distances and in the urban environment. Lower data rate cause to fewer data packets go lost and a longer communication range being achieved. According to earlier work's simulations, it was possible to predict that higher data rates lead to longer communication range, but in this study experiments were carried out on real hardware to investigate the results.

Environment, distance and data rate affect the delay. The delay is a few milliseconds longer in urban environment than the free space environment at the same distance. The delay is also a few milliseconds longer at longer distances in the same environment. However, data rate has the greatest impact on the delay. The delay changes by a few hundred milliseconds when the data rate is changed by SF and/or bandwidth.

The jitter is not affected by the environment and distance. Data rate (bandwidth and SF) affects the delay variation but this influence is low and can be ignored.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 45
Series
TRITA-CBH-GRU ; 2019:045
Keywords [en]
LoRa, IoT, LPWAN, Internet of Things, signal strength, packet loss, latency, jitter, data rate, passive measurement
Keywords [sv]
LoRa, LPWAN, IoT, datahastighet, bandbredd, signalstyrka, paketfördröjning, paketförlust, fördröjningsvariation, passiv mätning
National Category
Communication Systems
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-252818OAI: oai:DiVA.org:kth-252818DiVA, id: diva2:1322229
Subject / course
Communications Systems
Educational program
Bachelor of Science in Engineering - Electrical Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-06-10 Created: 2019-06-10 Last updated: 2019-06-10Bibliographically approved

Open Access in DiVA

LoRa_rapport(1436 kB)39 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1436 kBChecksum SHA-512
543e4dd425260fb1514e30c7a0ffdcab856a1cbde29367a01e3ddb6eae27e9437d16a50609211546f36dc15f078d2670d218e4e9038f165182c34e039bb0b14d
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Health Informatics and Logistics
Communication Systems

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 39 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 151 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf