Evaluation einer Ende-zu-Ende-Kommunikation über LoRa im IoT Umfeld

Abstract

Die Entwicklung sowie der Einsatz von IoT-Technologien benötigen technische Einrichtungen, die es ermöglichen, dass Geräte, Maschinen, Objekte, Prozesse usw. in ein Netzwerk integriert werden können, um unterschiedlichste Anwendungen oder Systeme betreiben zu können. Eine dieser Technologien stellt die sogenannte LoRa-Technologie dar, wobei LoRa in erster Linie zur Übertragung von Daten und Informationen zum Einsatz kommt. Die LoRa-Technologie wird vor allem deshalb gerne verwendet, weil sie vergleichsweise einfach aufgebaut und leistungsstark ist und als sehr kostengünstig gilt. In der vorliegenden Arbeit werden nach einer umfangreichen Betrachtung theoretischer Aspekte zur LoRa-Thematik zwei Experimente durchgeführt. Mit Hilfe dieser Experimente wird eine Ende-zu-Ende-Kommunikation im IoT-Umfeld evaluiert. In den beiden Experimenten werden die Anwendungsfälle zum einen eines nicht beweglichen Senders und zum anderen eines winkelbeweglichen Senders betrachtet. Ein nicht beweglicher Sender ist ein LoRa-Endpunkt, dessen Standort im Laufe des Experiments nicht verändert wird. Bei einem winkelbeweglichen Sender handelt es sich um einen LoRa- Endpunkt, welcher auf einem Rad montiert ist und sich nur kreisförmig bewegen kann. Die Daten werden in diesem Fall während des Drehens an ein Gateway übermittelt. Realisiert werden die beiden Experimente mittels eines durch den Verfasser der Arbeit selbst zusammengebauten Gateways, das mithilfe einer Server-Anwendung die empfangenen Nachrichten speichern und darstellen kann. Die Experimente zeigen auf, dass die Übertragungsqualität bei den nicht beweglichen LoRa-Endpunkten deutlich besser ist als bei den winkelbeweglichen LoRa-Endpunkten.

The development and use of IoT technologies require technical facilities which allow devices, machines, objects, processes, etc. to be integrated into a network to be able to operate a wide variety of applications or systems. One of these technologies is LoRa technology, whereby LoRa is primarily used for transmitting data and information. LoRa technology is used mainly because its structure is quite simple, powerful, and very cheap. After extensive consideration of the theoretical aspects of LoRa technology, two experiments are carried out within the scope of the present thesis. These experiments are used to evaluate end-to-end communication within the IoT environment. The two experiments consider the specific applications of a stationary transmitter and a transmitter with angular adjustment. A stationary transmitter is a LoRa endpoint, the location of which is not changed in the course of the experiment. A transmitter with angular adjustment is a LoRa endpoint that is mounted on a wheel and can only move in circles. In this case, the data is transmitted to a gateway while turning. Both experiments are carried out by means of a gateway that the author of the thesis himself put together and which can store and display the received messages using a server application. The experiments show that the quality of transmission with the fixed LoRa endpoints is significantly better than with the LoRa endpoints with angular adjustment.