Mesh-verkkotopologian toteuttaminen LoRa-tekniikalla
Avela, Miika (2019)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019121326584
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019121326584
Tiivistelmä
Jatkuvasti kasvava verkon käyttöaste luo uusia haasteita nykyisille tiedonsiirtoverkoille ja tietoliikenneprotokollille. Internet-verkkoon nykyisin kohdistuvan kuorman määrää voitaisiin keventää siirtymällä Internet of Things-järjestelmissä vaihtoehtoisiin, vähävirtaisiin tiedonsiirtoratkaisuihin. LoRa-tekniikalla toteutetun tiedonsiirtoverkon ja sitä tukevan tietoliikenneprotokollan soveltuvuutta tutkittiin vaihtoehtoisena tiedonsiirtoratkaisuna perinteisen internet-verkon tilalle.
Yleisimpien tietoliikenneprotokollien pätevyyttä vaaditun verkon toteutuksessa tarkasteltiin ja niiden pohjalta sovellettiin LoRa-tekniikkaan yhteensopiva tietoliikenneprotokolla, joka mahdollisti verkon solmulaitteiden välisen tietoliikenteen monivaiheisesti ja ryhmäkohtaisesti.
Kehittämistutkimuksen tulokset saatiin aineistolähtöisen sisällönanalyysin ja induktiivisen päättelyketjun pohjalta. Tulosten perusteella syntyi soveltuvuustutkimus prototyyppilaitteesta, jolla kehittämistutkimuksen tuloksia kyettiin teorian lisäksi arvioimaan myös käytännössä ja tunnistamaan uuden tietoliikenneprotokollan kehityskohteet.
Kehittämis- ja soveltuvuustutkimusten perusteella LoRa-tekniikalla voidaan luoda luotettava ja vaatimukset täyttävä tiedonsiirtoverkko. Maksimaalista kantamaa tavoitellessa pakettien lähetysajat venyvät tosin niin pitkiksi, että solmulaitteiden ja kuormituksen lisääminen hidastaa yksittäisten solmulaitteiden tiedonsiirtokykyä lineaarisesti. Tähän vaikuttavat luvasta vapaiden radiolähettimien käytölle asetetut määräykset, joiden keventäminen nostaisi verkon kuormituskykyä. Verkon solmulaitteet tulisi myös konfiguroida käyttötapauskohtaisesti vaaditulle lähetysetäisyydelle. Constantly growing network utilization introduces new challenges for existing data transfer networks and communication protocols. The load towards internet network could be relieved by switching Internet of Things systems over to distinct low-powered data transfer solutions. The suitability of a LoRa communication network and its supporting communication protocol was investigated as an alternative communication solution to the traditional internet network.
The prowess of the most common communication protocols for the implementation of the required network was examined in a development study and based on this, a communication protocol compatible with the LoRa technology was applied, which enabled for multistage and multicast communication between network nodes.
The results of the development study were based on data-driven content analysis and inductive chain of reasoning. Based on the results, a feasibility study on a prototype device was created, which in addition to theory allowed to evaluate the results in practice and identified development areas of the new communication protocol.
Based on the development and feasibility studies, it is attainable to create a reliable and compliant communication network using LoRa technology. However, while in pursuit for the maximum reach, packet delivery times increase so remarkably that increasing the count of node devices and the amount of load in the network slows down the data transfer rate of an individual node device in a linear fashion. Regulations set for permission free radio transmitters highly affect this and relieving such regulations would allow for increased network load capability. Furthermore, all network nodes should be configured as per use case aiming for required transmission distance.
Yleisimpien tietoliikenneprotokollien pätevyyttä vaaditun verkon toteutuksessa tarkasteltiin ja niiden pohjalta sovellettiin LoRa-tekniikkaan yhteensopiva tietoliikenneprotokolla, joka mahdollisti verkon solmulaitteiden välisen tietoliikenteen monivaiheisesti ja ryhmäkohtaisesti.
Kehittämistutkimuksen tulokset saatiin aineistolähtöisen sisällönanalyysin ja induktiivisen päättelyketjun pohjalta. Tulosten perusteella syntyi soveltuvuustutkimus prototyyppilaitteesta, jolla kehittämistutkimuksen tuloksia kyettiin teorian lisäksi arvioimaan myös käytännössä ja tunnistamaan uuden tietoliikenneprotokollan kehityskohteet.
Kehittämis- ja soveltuvuustutkimusten perusteella LoRa-tekniikalla voidaan luoda luotettava ja vaatimukset täyttävä tiedonsiirtoverkko. Maksimaalista kantamaa tavoitellessa pakettien lähetysajat venyvät tosin niin pitkiksi, että solmulaitteiden ja kuormituksen lisääminen hidastaa yksittäisten solmulaitteiden tiedonsiirtokykyä lineaarisesti. Tähän vaikuttavat luvasta vapaiden radiolähettimien käytölle asetetut määräykset, joiden keventäminen nostaisi verkon kuormituskykyä. Verkon solmulaitteet tulisi myös konfiguroida käyttötapauskohtaisesti vaaditulle lähetysetäisyydelle.
The prowess of the most common communication protocols for the implementation of the required network was examined in a development study and based on this, a communication protocol compatible with the LoRa technology was applied, which enabled for multistage and multicast communication between network nodes.
The results of the development study were based on data-driven content analysis and inductive chain of reasoning. Based on the results, a feasibility study on a prototype device was created, which in addition to theory allowed to evaluate the results in practice and identified development areas of the new communication protocol.
Based on the development and feasibility studies, it is attainable to create a reliable and compliant communication network using LoRa technology. However, while in pursuit for the maximum reach, packet delivery times increase so remarkably that increasing the count of node devices and the amount of load in the network slows down the data transfer rate of an individual node device in a linear fashion. Regulations set for permission free radio transmitters highly affect this and relieving such regulations would allow for increased network load capability. Furthermore, all network nodes should be configured as per use case aiming for required transmission distance.