Utveckling av mätmetod och prestandaanalys av LoRa

Sammanfattning: 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.