Design of an electronic embedded system for data transmission and reception using LoRa technology

García Bustos, Javier (2019). Design of an electronic embedded system for data transmission and reception using LoRa technology. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM), Madrid.

Description

Title: Design of an electronic embedded system for data transmission and reception using LoRa technology
Author/s:
  • García Bustos, Javier
Contributor/s:
  • Ruiz González, Mariano
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería Electrónica de Comunicaciones
Date: July 2019
Subjects:
Freetext Keywords: Long Range Wide Area Network (LoRaWAN); Sistemas embebidos
Faculty: E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM)
Department: Ingeniería Telemática y Electrónica
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

El propósito de diseñar un sistema electrónico embebido para enviar y recibir datos usando tecnología LoRa nace del interés de querer profundizar en el uso de una tecnología que tiene un gran potencial, pero lleva poco tiempo en el mercado y eso hace que aun sea desconocida. Las posibilidades que puede ofrecer esta tecnología, parecen muy interesantes y ser capaces de abrir y explorar un nuevo mercado hasta ahora inexistente como pueden ser las comunicaciones inalámbricas de largo alcance. Vivimos en un mundo completamente conectado, donde cada día es mayor la necesidad de la gente de tener conectados más objetos, conocer su estado e interactuar con ellos y en las grandes ciudades esto es posible, pero si vamos a núcleos rurales parecemos estar en otro momento tecnológico, donde en muchísimos lugares aun no llega la red de internet, en unos puntos por dificultad y en otros por no interesar económicamente o medioambientalmente. Con LoRa parece que podemos cubrir algunas de estas necesidades, y podamos recopilar datos de núcleos alejados sin necesidad de tener electricidad ni internet, ya que con LoRa una batería puede durar varios años y la distancia entorno a los 15kms ya no sería un problema. Esto puede ser muy interesante ya que eliminaríamos tanto el factor económico como ambiental para pequeños y medianos desarrollos, incluso podríamos recopilar datos de bosques ante posibles sequias o incendios que previniesen incendios, lo que claramente sería un beneficio medioambiental enorme, ya que cada año en la época de verano los incendios arrasan nuestros bosques. La banda de frecuencia utilizada por LoRa es la ISM, que se rige por el Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT, esta banda es libre y por tanto no hay que pagar, ni hay que pedir licencia, lo que facilita enormemente los desarrollos y reduce el coste de estos. Es similar a la banda GSM de telefonía móvil, pero sólo para datos a velocidades más bajas. El protocolo LoRaWAN es lo bastante seguro como para que la información no se vea comprometida en las comunicaciones. Con las pruebas realizadas y resultados obtenidos, podemos concluir que la tecnología LoRa envía correctamente la información de forma rápida siempre dentro del límite de datos máximo de envío, teóricamente de 50 bytes, en la práctica hemos visto que algo menos de 40 bytes. Además se ha podido ver que el alcance es superior al de otras tecnologías como WiFi o Bluetooth. En el Campus de la universidad es menor del que cabría esperar, y en gran parte parece culpa de la ubicación del Gateway que no ayuda a la buena recepción de la señal. La máxima distancia obtenida ha sido entre los dos puntos del mapa que es aproximadamente de 1000m. Como este dato parecida insuficiente, posteriormente se ha cambiado la ubicación del Gateway, y se ha obtenido una distancia de envío de 4,93 kms (Ver imagen 2) en un entorno semi urbano, ya que entre en el lugar donde se encuentra ubicado el Gateway y el emisor había pocos edificios. Este dato si se acerca a lo indicado por los fabricantes y demuestra el potencial de la tecnología LoRa. Abstract: We live in a completely connected world. Every day there is a need of people to connect more to objects, to know their state and to interact with them. In big cities this is possible, but if we are to go to the area’s nucleus we seem to be in another moment technologically. There are many places in which the internet network still does not reach. In some areas it is due to connectivity issues, however in others it is due to it not being of economic or environmental benefit. With LoRa it seems that we can cover some of these needs. We can collect data from remote nuclei without having electricity or internet, because with LoRa a battery can last several years and the distance of around 15kms would no longer an issue. This can be hugely beneficial, since we could eliminate both the economic and environmental factors for small and medium-sized developments. We could even gather forest data in the event of droughts or fires that could lead to prevention of fires. This would be a huge environmental benefit, since each year during the Summer time the fires deplete our forests. The frequency band used by LoRa is the ISM, which is governed by the ITU Radio Regulations, this band is free of charge and in turn not a negative factor economically. Another benefit is that you do not have to hold a a license for the band,, which greatly facilitates the developments and reduces the cost of these. It is similar to the GSM band of mobile telephone technology, but instead for data at lower speeds. The LoRaWAN protocol is secure, so therefore information is not compromised in communications. With the tests and results obtained, we can conclude that the LoRa technology correctly sends the information at a high speed, always within the maximum limit of shipping, theoretically 50 bytes. In practice we have seen that sometimes even less. In addition to this, it has been possible to see that although the scope is greater than other similar technologies like Wi-Fi or Bluetooth in the Campus of the university; it is smaller than it would be expected. In large part, it seems to be the fault of the location of the Gateway that does not promote good reception of the signal. The maximum distance obtained has been between the two points of the map which is approximately 1000m. As this information seems insufficient, the location of the Gateway has subsequently been changed, and a delivery distance of 4.93 kms has been obtained (see image 2) in a semi-urban environment, as it enters the place where it is located the Gateway and the issuer had few buildings. This data comes closer to what is indicated by the manufacturers and demonstrates the potential of LoRa technology.

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Item ID: 63441
DC Identifier: http://oa.upm.es/63441/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:63441
Deposited by: Biblioteca Universitaria Campus Sur
Deposited on: 07 Aug 2020 15:12
Last Modified: 07 Aug 2020 15:12
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