LoRa-kommunikaatiojärjestelmän kehitys

Abstract

Opinnäytetyönä luotiin Tampereen yliopiston rakennusfysiikan tutkimusryhmälle kommunikaatiojärjestelmä LoRa-modulaatiotekniikkaa hyödyntäen. Järjestelmän pääasiallisia toimintaympäristöjä ovat eri tyyppiset rakennukset sekä niiden lähialueet. Kommunikaation piti olla salattua laitteiden välillä ja virhetilanteen sattuessa piti järjestelmän pystyä jatkamaan toimintaansa. Nämä määritykset otettiin huomioon järjestelmää suunnitellessa ja rakentaessa.

Opinnäytetyössä käytiin läpi LoRa-modulaatiotekniikan perustoimintaperiaatteita sekä muita järjestelmän luomista varten tarvittavia tekniikoita ja käsitteitä. Toimintaperiaatteiden käsittelyn perusteella pyrittiin luomaan raja-arvoja luotettavalle ja lain mukaiselle toiminnalle. Toiminnallisuuksien mahdollistamiseksi kehitettiin käyttötarkoitusta varten rakennetut pakettiformaatit, jotka toimivat koko kommunikaatiojärjestelmän perustana.

Testauksessa todennettiin luodun järjestelmän toiminta sellaisessa toimintaympäristössä, joka vastaa määriteltyä toimintaympäristöä. Testit jaettiin kahteen osaan. Ensimmäisessä testissä pyrittiin määrittämään raja-arvoja kommunikaation eri arvoille luotettavalle toiminnalle käyttöönottoa varten ja varmistamaan järjestelmän signaalien kuuluvuus rakennuksissa. Toisessa testissä pyrittiin testaamaan järjestelmän luotettavuutta testaamalla sitä käyttötarkoituksen mukaisessa ympäristössä.

Testitulosten perusteella järjestelmän toiminnan luotettavuudessa ja suorituskyvyssä havaittiin pieniä puutteita. Nämä puutteet eivät kuitenkaan estä järjestelmää toimimasta rakennuksissa ja niiden ympäristössä. Seuraavat askeleet järjestelmän kehityksessä ovat luotettavuuden ja suorituskyvyn parantaminen sekä akkutoimisuuden kehittäminen.

The purpose of this thesis was to create a wireless communication system based on a modulation technology called LoRa for the building physics research group of Tampere University. Operating environments where the communication system was specified to operate consisted of different kinds of buildings and their immediate surroundings. Communication between devices within the system needed to be encrypted. In case of fault condition, the system needed to be able to continue operating. System was designed and built with these requirements in mind.

Working principles of LoRa-communication technology, necessary to build specified system were explored and applied in this thesis. Understanding of these principles was needed in configuring system settings. Custom packet formats were created and these were the basis of the whole wireless communication system.

System testing was divided into two parts. First part consisted of creating multiple different conditions to determine thresholds for reliable communication. This test was also used to validate signal reception in buildings. Second part included test in a real-world environment to test all the functions built into the system.

Tests showed that threshold there were some minor reliability and performance issues. The system built in this thesis was still able to operate in buildings and their surroundings despite the minor issues. Next steps in the development the system is to increase reliability and performance of the system and enabling battery powered operation.