IMPLEMENTASI SISTEM KOMUNIKASI LONG RANGE PADA MONITORING SUHU DAN KELEMBAPAN UDARA RUANG BUDIDAYA JAMUR TIRAM MENGGUNAKAN ANTARES

Internet of Things (IoT) merupakan konsep yang memiliki tujuan untuk meningkatkan manfaat dari konektivitas internet yang terhubung secara berkesinambungan. Low Power Wide Area Network (LPWAN) merupakan salah satu implementasi IoT. Teknologi LPWAN yang populer adalah Long Range (LoRa). LoRa mempunyai berbagai macam kelebihan yang dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang, salah satunya pada bidang pertanian. Penelitian ini bertujuan untuk merancang suatu sistem monitoring suhu dan kelembapan udara ruang budidaya jamur tiram menggunakan sistem komunikasi LoRa berbasis IoT, menganalisis nilai RSSI dan SNR antar LoRa, serta menganalisis nilai QoS LoRa. Hasil monitoring akan ditampilkan dalam platform Antares. Pengukuran RSSI, SNR, dan QoS dilakukan variasi jarak yaitu 25 m, 50 m, 75 m, 100 m, dan 125 m. Pada kalibrasi sensor DHT-22 dilakukan perbandingan pengukuran dengan termometer higrometer digital. Berdasarkan pengukuran yang dilakukan, nilai RSSI paling besar pada jarak 25 m dengan nilai yang terukur pada LoRa yaitu -82 dBm dan nilai yang terukur pada RF Explorer yaitu -83,5 dBm sedangkan nilai RSSI paling kecil terdapat pada jarak 125 m dengan nilai yang terukur pada LoRa -110 dBm dan nilai yang terukur pada RF Explorer yaitu -109 dBm. Persentase error pengukuran RSSI pada LoRa yaitu 1,19 %. Pada pengukuran SNR, nilai SNR jarak 25 m memiliki nilai paling besar dengan rata-rata 9,58 dB dan nilai SNR jarak 125 m memiliki nilai paling kecil dengan rata-rata 1,74 dB. Pada pengukuran delay, jarak 25 m memiliki rata-rata delay dengan nilai terkecil yaitu 62,38 ms dan jarak 125 m memiliki rata-rata delay dengan nilai terbesar yaitu 73 ms. Pada pengukuran sensor DHT-22, sensor suhu DHT-22 memiliki persentase error sebesar 0,385 % dan pada sensor kelembapan udara DHT-22 memiliki persentase error sebesar 3,12 %

PERANCANGAN ALAT END-DEVICES LoRa SEBAGAI ALAT PENGUKUR EFISIENSI POWER CONSUMPTION DENGAN MENGGUNAKAN METODE SPREADING FACTOR DAN POWER TRANSMIT

Low Power Wide Area Network(LPWAN) LoRa merupakan teknologi unlicensed LPWAN yang memiliki kelebihan pada ?tur modulasi CSS(chirp spread spectrum) untuk e?siensi konsumsi daya dan penambahan radius komunikasi. Penambahan nilai sprading factor dapat menambah jarak komunikasi namun, penambahan sprading factor dapat menambah juga waktu konsumsi daya. Kondisi saat ini belum ada saran kon?gurasi spreading factor dan power transmit pada radius komunikasi end-device LoRa sehingga konsumsi daya yang digunakan tidak e?sien oleh karena itu, pada penelitian ini penulis melakukan perancangan end-device LoRa sebagai alat ukur e?siensi konsumsi daya agar end-device LoRa dapat dikon?gurasi sesuai dengan parameter yang e?sien terhadap konsumsi daya. Pada penelitian ini dilakukan perancangan perangkat lunak dan rekon?gurasi perangkat keras pada end-device LoRa agar end-device LoRa dapat melakukan pengiriman data lokasi dan radius antara pemancar(end-device LoRa) terhadap penerima(gateway LoRa). Hasil dari perancangan tersebut akan digunakan untuk pengukuran radius komunikasi dan pengukuran konsumsi arus pada end-device LoRa dengan kon?gurasi parameter spreading factor 7- 12 dan parameter power transmit 10 dBm - 15 dBm. Hasil dari penelitian ini adalah konsumsi daya pada spreading factor 7 memiliki konsumsi arus yang terendah yaitu 7.88 mAS-11.08mAS dan konsumsi arus pada spreading factor 12 133 mAS - 211 mAS oleh karena itu, penggunaan spreading factor lebih rendah dan penambahan power transmit terlebih dahulu disarankan untuk panambahan radius komunikasi karena nilai spreading factor yang lebih tinggi akan menambah waktu power consumption

Low-Cost Long Range IoT Communication Systems for Smart Farming Applications in Developing Countries

To provide communication network connectivity to the internet for Internet of Things (IoT) applications, reliable communication systems are needed. This paper presents a performance-based analysis of a Low Power Wireless Area Network (LPWAN) named LoRa. A client server model is used to conduct the measurement tests. Performance metrics that were investigated included, coverage, effect of payload size and selection of parameters settings. It was found out that a higher spreading factor and coding rates lead to better coverage using LoRa

LPWA-based IoT Technology Selection for Smart Metering Deployment in Urban and Sub Urban Areas: A State Electricity Company Perspective

The need for LPWA-based Internet of Things (IoT) technology for deploying smart metering services is rapidly growing for its ability to manage energy usage in real-time and increase efficiency. However, the problem faced by electric utility companies is how to choose the most appropriate technology. This study uses a techno-economic approach to compare the two most widely used technological alternatives, namely establishing LoRaWAN as a non-licensed LPWA technology or leasing NB-IoT as a licensed LPWA technology owned by a telecommunications operator. Case studies conducted in the urban area of Bandung and sub-urban city of Tasikmalaya as an example of a typical town in Indonesia. The results showed that LoRaWAN and NB-IoT are both technically and business feasible to be implemented with their respective advantages. LoRaWAN is superior in battery lifetime, business model, speed of implementation, and total costs, whereas NB-IoT is superior in range, capacity, quality of service, security, and ecosystem support. Using PLN's perspective as a national electricity company in Indonesia, LoRaWAN has a Net Present Value of 23% higher than NB-IoT in the 10th year

A survey on the viability of confirmed traffic in a LoRaWAN

Internet of Things (IoT) deployments are on the rise globally with Low Power Wide Area Networks (LPWAN) providing the wireless networks needed for this expansion. One of these technologies namely Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) has proven to be a very popular choice. The LoRaWAN protocol allows for confirmed traffic from the end device to the gateway (uplink) and the reverse (downlink), increasing the number of IoT use cases that it can support. However, this comes at a cost as downlink traffic severely impacts scalability due to in part a gateway's duty cycle restrictions. This paper highlights some of the use cases that require confirmed traffic, examines the recent works focused on LoRaWAN confirmed traffic and discusses the mechanism with which is implemented. It was found that confirmed traffic is viable in small networks, especially when data transfer is infrequent. Additionally, the following aspects negatively impact the viability of confirmed traffic in large networks: the duty cycle restrictions placed on gateways, the use of spreading factor 12 for receive window 2 transmissions, a high maximum number of transmissions (NbTrans) and the ACK_TIMEOUT transmission backoff interval. The paper also raises and suggests solutions to open research challenges that must be overcome to increase the viability of confirmed traffic.The Council for Scientific and Industrial Research of South Africa and Telkom.http://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.jsp?punumber=6287639am2020Electrical, Electronic and Computer Engineerin

A Survey on Long-Range Wide-Area Network Technology Optimizations

Long-Range Wide-Area Network (LoRaWAN) enables flexible long-range service communications with low power consumption which is suitable for many IoT applications. The densification of LoRaWAN, which is needed to meet a wide range of IoT networking requirements, poses further challenges. For instance, the deployment of gateways and IoT devices are widely deployed in urban areas, which leads to interference caused by concurrent transmissions on the same channel. In this context, it is crucial to understand aspects such as the coexistence of IoT devices and applications, resource allocation, Media Access Control (MAC) layer, network planning, and mobility support, that directly affect LoRaWAN’s performance.We present a systematic review of state-of-the-art works for LoRaWAN optimization solutions for IoT networking operations. We focus on five aspects that directly affect the performance of LoRaWAN. These specific aspects are directly associated with the challenges of densification of LoRaWAN. Based on the literature analysis, we present a taxonomy covering five aspects related to LoRaWAN optimizations for efficient IoT networks. Finally, we identify key research challenges and open issues in LoRaWAN optimizations for IoT networking operations that must be further studied in the future

Towards LoRa mesh networks for the IoT

There are several LPWAN radio technologies providing wireless communication to the billions of connected devices that form the so-called IoT. Among them, LoRa has emerged in recent years as a popular solution for low power embedded devices to transmit data at long distances on a reduced energy budget. Most often, LoRa is used as the physical layer of LoRaWAN, an open standard that defines a MAC layer and specifies the star-of-stars topology, operation, roles and mechanisms for an integrated, full-stack IoT architecture. Nowadays, millions of devices use LoRaWAN networks in all sorts of agriculture, smart cities and buildings, industry, logistics and utilities scenarios. Despite its success in all sorts of IoT domains and environments, there are still use cases that would benefit from more flexible network topologies than LoRaWAN's star-of-stars. For instance, in scenarios where the deployment and operation of the backbone network infrastructure is technically or economically challenging, a more flexible model may improve certain performance metrics. As a first major contribution, this thesis investigates the effects of adding multi-hop capability to LoRaWAN, by means of the realistic use case of a communication system based on this architecture that provides a coordinated response in the aftermath of natural disasters like an earthquake. The capacity of end nodes to forward packets and perform multi-hop transmissions is explored, as a strategy to overcome gateway infrastructure failures, and analyzed for challenges, benefits and drawbacks in a massive system with thousands of devices. LoRa is also used as a stand-alone radio technology, independently from the LoRaWAN architecture. Its CSS modulation offers many advantages in LPWANs for IoT deployments. In particular, its different SFs available determine a trade-off between transmission time (i.e., data rate) and sensitivity (i.e., distance reach), and also generate quasi-orthogonal signals that can be demodulated concurrently by different receivers. The second major contribution of this thesis is the design of a minimalistic distance-vector routing protocol for embedded IoT devices featuring a LoRa transceiver, and the proposal of a path cost calculation metric that takes advantage of the multi-SF capability to reduce end-to-end transmission time. The protocol is evaluated through simulation and compared with other well-known routing strategies, analyzing and discussing its suitability for heterogeneous IoT LoRa mesh networks.Hi ha diverses tecnologies de ràdio LPWAN que proporcionen comunicació sense fils als milers de milions de dispositius connectats que conformen l'anomenada IoT. D'entre elles, LoRa ha emergit en els darrers anys com una solució popular per a què dispositius encastats amb pocs recursos transmetin dades a llargues distàncies amb un cost energètic reduït. Tot sovint, LoRa s'empra com la capa física de LoRaWAN, un estàndard obert que defineix una capa MAC i que especifica la topologia en estrella d'estrelles, l'operació, els rols i els mecanismes per implementar una arquitectura de la IoT integrada. A dia d'avui, milions de dispositius fan servir xarxes LoRaWAN en escenaris d'agricultura, edificis i ciutats intel·ligents, indústria, logística i subministraments. Malgrat el seu èxit en tot tipus d'entorns i àmbits de la IoT, encara romanen casos d'ús que es beneficiarien de topologies de xarxa més flexibles que l'estrella d'estrelles de LoRaWAN. Per exemple, en escenaris on el desplegament i l'operació de la infraestructura troncal de xarxa és tècnicament o econòmica inviable, una topologia més flexible podria millorar certs aspectes del rendiment. Com a primera contribució principal, en aquesta tesi s'investiguen els efectes d'afegir capacitat de transmissió multi-salt a LoRaWAN, mitjançant el cas d'ús realista d'un sistema de comunicació, basat en aquesta arquitectura, per proporcionar una resposta coordinada en els moments posteriors a desastres naturals, tals com un terratrèmol. En concret, s'explora l'estratègia d'afegir la capacitat de reenviar paquets als nodes finals per tal d'eludir les fallades en la infraestructura, i se n'analitzen els reptes, beneficis i inconvenients per a un sistema massiu amb milers de dispositius LoRa s'empra també com a tecnologia de ràdio de forma autònoma, independentment de l'arquitectura LoRaWAN. La seva modulació CSS li confereix molts avantatges en xarxes LPWAN per a desplegaments de la IoT. En particular, els diferents SFs disponibles hi determinen un compromís entre la durada de les transmissions (i.e., la taxa de dades) i la sensibilitat en la recepció (i.e., l'abast en distància), alhora que generen senyals quasi-ortogonals que poden ser desmodulades de forma concurrent per receptors diferents. La segona contribució principal d'aquesta tesi és el disseny d'un protocol d'encaminament dinàmic vector-distància per a dispositius de la IoT encastats amb un transceptor LoRa, i la proposta d'una mètrica per calcular el cost d'un camí que aprofita la capacitat multi-SF per minimitzar el temps de transmissió d'extrem a extrem. El protocol és avaluat mitjançant simulacions i comparat amb altres estratègies d'encaminament conegudes, analitzant la seva conveniència per a xarxes LoRa mallades per a la IoT.Existen varias tecnologías de radio LPWAN que proporcionan comunicación inalámbrica a los miles de millones de dispositivos conectados que forman el llamado IoT. De entre ellas, LoRa ha emergido en los últimos años como una solución popular para que dispositivos embebidos con pocos recursos transmitan datos a largas distancias con un coste energético reducido. Habitualmente, LoRa se usa como la capa física de LoRaWAN, un estándar abierto que define una capa MAC y que especi_ca la topología en estrella de estrellas, la operación, los roles y los mecanismos para implantar una arquitectura del IoT integrada. A día de hoy, millones de dispositivos utilizan redes LoRaWAN en escenarios de agricultura, edificios y ciudades inteligentes, industria, logística y suministros. A pesar de su éxito en todo tipo de entornos y ámbitos del IoT, existen casos de uso que se beneficiaran de topologías de red más flexibles que la estrella de estrellas de LoRaWAN. Por ejemplo, en escenarios en los que el despliegue y la operación de la infraestructura troncal de red es técnica o económicamente inviable, una topología más flexible podrá mejorar ciertos aspectos del rendimiento. Como primera contribución principal, en esta tesis se investigan los efectos de añadir capacidad de transmisión multi-salto a LoRaWAN, mediante el caso de uso realista de un sistema de comunicación basado en dicha arquitectura, para proporcionar una respuesta coordinada en los momentos posteriores a desastres naturales, tales como un terremoto. En concreto, se explora la estrategia de añadir la capacidad de reenviar paquetes a los nodos finales para sortear las fallas en la infraestructura, y se analizan los retos, beneficios e inconvenientes para un sistema masivo con miles de dispositivos. LoRa se usa también como tecnología de radio de forma autónoma, independientemente de la arquitectura LoRaWAN. Su modulación CSS le confiere muchas ventajas en redes LPWAN para despliegues de IoT. En particular, los distintos SFs disponibles determinan un compromiso entre la duración de las transmisiones (i.e., la tasa de datos) y la sensibilidad en la recepción (i.e., el alcance en distancia), a la vez que generan señales cuasi-ortogonales que pueden ser desmoduladas de forma concurrente por receptores distintos. En segundo lugar, esta tesis contiene el diseño de un protocolo de enrutamiento dinámico vector-distancia para dispositivos Internet of Things (IoT) embebidos con un transceptor LoRa, y propone una métrica para calcular el coste de un camino que aprovecha la capacidad multi-SF para minimizar el tiempo de transmisión de extremo a extremo. El protocolo es evaluado y comparado con otras estrategias de enrutamiento conocidas, analizando su conveniencia para redes LoRa malladas para el IoT.Postprint (published version

Research on Reliable Low-Power Wide-Area Communications Utilizing Multi-RAT LPWAN Technologies for IoT Applications

Předkládaná disertační práce je zaměřena na „Výzkum spolehlivé komunikace pro IoT aplikace v bezdrátových sítích využívajících technologie Multi-RAT LPWAN“. Navzdory značnému pokroku v oblasti vývoje LPWA technologií umožňující masivní komunikace mezi zařízeními (mMTC), nemusí tyto technologie výkonnostně dostačovat pro nově vznikající aplikace internetu věcí. Hlavním cílem této disertační práce je proto nalezení a vyhodnocení limitů současných LPWA technologií. Na základě těchto dat jsou nevrženy nové mechanismy umožňující snazší plánování a vyhodnocování síťového pokrytí. Navržené nástroje jsou vyladěny a validovány s využitím dat získaných z rozsáhlých měřících kampaních provedených v zákaznických LPWA sítích. Tato disertační práce dále obsahuje návrh LPWA zařízení vybavených více komunikačními rozhraními (multi-RAT) které mohou umožnit překonání výkonnostních limitů jednotlivých LPWA technologií. Současná implementace se zaměřuje zejména na snížení spotřeby zařízení s více rádiovými rozhraními, což je jejich největší nevýhodou. K tomuto účelu je využito algoritmů strojového učení, které jsou schopné dynamicky vybírat nejvhodnější rozhraní k přenosu.This doctoral thesis addresses the “Research on Reliable Low-Power Wide-Area Communications Utilizing Multi-RAT LPWAN Technologies for IoT Applications”. Despite the immense progress in massive Machine-Type Communication (mMTC) technology enablers such as Low-Power Wide-Area (LPWA) networks, their performance does not have to satisfy the requirements of novelty Internet of Things (IoT) applications. The main goal of this Ph.D. work is to explore and evaluate the limitations of current LPWA technologies and propose novel mechanisms facilitating coverage planning and assessment. Proposed frameworks are fine-tuned and cross-validated by the extensive measurement campaigns conducted in public LPWA networks. This doctoral thesis further introduces the novelty approach of multi-RAT LPWA devices to overcome the performance limitation of individual LPWA technologies. The current implementation primarily focuses on diminishing the greatest multi-RAT solutions disadvantage, i.e., increased power consumption by employing a machine learning approach to radio interface selection.