LoRaWAN-verkon signaalin mittaus Raspberry Pillä ja ESP32:lla

Abstract

Opinnäytetyön tavoitteena oli suorittaa Suomessa Digitan ylläpitämän LoRaWAN-verkon signaalin mittaus Raspberry Pillä ja Heltecin ESP32-pohjaisella WiFi LoRa32 -laitteella. Mitattavia suureita olivat signaalin vahvuus, häiriöiden määrä ja viive eripituisilla matkoilla. Tavoitteena oli, että työn tuloksena syntyisivät mittaukseen tarvittava laitteisto ja ohjelmakoodi sekä graafinen esitys tuloksista Node RED:llä toteutettuna. Lopuksi oli tarkoitus suorittaa kahden laitteistokokoonpanon vertailu.

Keskeisenä työssä ovat IoT (Internet of Things), LPWAN (Low Power Wide Area Network) ja LoRaWAN (Long Range Wide Area Network). Opinnäytetyössä käsiteltiin IoT yleisellä tasolla. Tutkittavina olivat IoT:n merkitys sekä sen tuomat hyödyt ja uhkat. LPWAN käytiin yleisellä tasolla läpi taustatietona LoRaWAN:ia varten. LoRaWAN-verkkon osalta perehdyttiin sen ominaisuuksiin, liittymisprosessiin ja tietoturvaan muihin teknologioihin verrattuna.

Tärkeimpinä käytännön vaiheina työssä olivat testauslaitteiston kokoaminen ja testaus. Raspberry Pille LoRa-valmiuden antava lisäosa asennettiin ja yhdistettiin LoRaWAN-verkon kautta Digitan verkkopalveluun, jonne tietoja oli tarkoitus lähettää. Raspberry Pi -osuus pysähtyi työssä ensimmäisen onnistuneen laitevikaan, eikä yhteyttä Digitan palveluun enää saatu.

Heltecin kaksi ESP32-laitetta ohjelmoitiin Arduino IDE -kehitysympäristön kautta. Valitettavasti ennen kuin testauskoodi saatiin viimeisteltyä, hajosi toisen laitteen antenni, eikä uutta laitetta saatu ajoissa työn viimeistelemiseksi. Kahdelle ESP32 luotu mittauskoodi on keskeisin työssä syntynyt tuotos, jonka olisi mahdollista mittausta jatkaa.

The aim of this thesis study was to conduct a signal measurement on the LoRaWAN network maintained by Digita in Finland, using a Raspberry Pi and Heltec's ESP32-based WiFi LoRa32 device. The goal was to create the necessary hardware and program code for the measurements, as well as a graphical presentation of the results implemented with Node-RED. Finally, a comparison of two hardware configurations was intended to be made.

The measured parameters included signal strength, the amount of interference, and latency at different distances.The most crucial practical phase in the study was the assembly and testing of the test equipment. The Raspberry Pi with the LoRa-ready add-on was installed and connected to Digita's network service via LoRaWAN, where the data was intended to be sent. Unfortunately, the Raspberry Pi part of the study halted due to a device failure after the first successful connection, and a connection to Digita's service could no longer be established.

Key elements in the study included IoT (Internet of Things), LPWAN (Low Power Wide Area Network), and LoRaWAN (Long Range Wide Area Network). The thesis addresses IoT at a general level, exploring the significance of IoT, its benefits, and threats. LPWAN is covered at a general level as background information for LoRaWAN. Regarding the LoRaWAN network, the focus is on its features, the joining process, and security compared to other technologies. Two ESP32 devices from Heltec were programmed through the Arduino IDE development environment. Unfortunately, before the testing code could be finalized, the antenna of one device broke, and a new device could not be obtained in time to complete the work. The measurement code created for the two ESP32 devices is the central outcome of the work, and it would be possible to continue the measurement with them.