An LPWAN-agnostic application layer for the IoT in Finland
Rämänen, Artturi (2019)
Diplomityö
Rämänen, Artturi
2019
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201901071525
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201901071525
Tiivistelmä
Multiple Low Power Wireless Area Networks (LPWANs) currently operate in Finland. A typical part of an IoT application is a battery operated node which collects data from sensors and forwards it over LPWAN to a cloud system.
Studies on technical differences among pairs of LPWANs exist but few studies exist on application-level possibilities of the networks. This thesis studies how data from sensor-nodes using Sigfox, LoRaWAN and NB-IoT could be routed to an IoT application with no LPWAN interfaces, while preserving multi-year battery life.
A literature review of the features affecting the application level use of the LPWANs was conducted. Based on the results of the review, an application was created to interface between the IoT server application and nodes in the three LPWANs.
LPWAN-agnostic communication to and from end-nodes using the studied LPWANs was found to be a viable approach for IoT applications. Frequency and size of uplink transmissions were unaffected, but downlink transmissions were limited to a maximum of 8 bytes four times a day. Suomessa on käytössä useita matalan virrankulutuksen langattomia laaja-alaisia verkkoyhteyksiä (engl. Low Power Wide Area Network, LPWAN). Tyypillinen IoT-sovelluksen komponentti on akkukäyttöinen sensorisolmu, joka lähettää keräämäänsä tiedon LPWAN:in avulla pilvisovellukseen.
LPWAN-parien välisiä teknisiä eroavaisuuksia käsitteleviä tutkimuksia on lukuisia, mutta verkkojen käytännön sovellustason mahdollisuuksia käsitteleviä tutkimuksia ei ole paljon. Tämä diplomityö tutkii sitä kuinka Sigfox, LoRaWAN ja NB-IoT verkoissa toimivien sensorisolmujen data voidaan reitittää IoT-sovellukseen, joka ei sisällä LPWAN-spesifisiä rajapintoja, niin että sensorisolmujen usean vuoden akunkesto säilyy.
Aihetta tutkittiin ensin tutustumalla LPWAN:ien sovellustason käyttöön vaikuttaviin ominaisuuksiin. Näiden perusteella toteutettiin sovellus tulkkaamaan IoT-palvelinsovelluksen ja kolmen LPWAN:in sensorisolmujen välistä kommunikointia.
LPWAN:ista riippumattoman tiedonsiirtoyhteyden todettiin sopivan IoT-sovelluksien kehittämisen perustaksi. Lähestymistapa ei lisää rajoituksia sensorisolmusta lähetettävän datan määrään tai tiedonsiirron tiheyteen, mutta sensorisolmulle lähetettävien pakettien koko ja lähetystiheys on rajoitettava maksimissaan 8 tavuun 4 kertaa vuorokauden aikana.
Studies on technical differences among pairs of LPWANs exist but few studies exist on application-level possibilities of the networks. This thesis studies how data from sensor-nodes using Sigfox, LoRaWAN and NB-IoT could be routed to an IoT application with no LPWAN interfaces, while preserving multi-year battery life.
A literature review of the features affecting the application level use of the LPWANs was conducted. Based on the results of the review, an application was created to interface between the IoT server application and nodes in the three LPWANs.
LPWAN-agnostic communication to and from end-nodes using the studied LPWANs was found to be a viable approach for IoT applications. Frequency and size of uplink transmissions were unaffected, but downlink transmissions were limited to a maximum of 8 bytes four times a day.
LPWAN-parien välisiä teknisiä eroavaisuuksia käsitteleviä tutkimuksia on lukuisia, mutta verkkojen käytännön sovellustason mahdollisuuksia käsitteleviä tutkimuksia ei ole paljon. Tämä diplomityö tutkii sitä kuinka Sigfox, LoRaWAN ja NB-IoT verkoissa toimivien sensorisolmujen data voidaan reitittää IoT-sovellukseen, joka ei sisällä LPWAN-spesifisiä rajapintoja, niin että sensorisolmujen usean vuoden akunkesto säilyy.
Aihetta tutkittiin ensin tutustumalla LPWAN:ien sovellustason käyttöön vaikuttaviin ominaisuuksiin. Näiden perusteella toteutettiin sovellus tulkkaamaan IoT-palvelinsovelluksen ja kolmen LPWAN:in sensorisolmujen välistä kommunikointia.
LPWAN:ista riippumattoman tiedonsiirtoyhteyden todettiin sopivan IoT-sovelluksien kehittämisen perustaksi. Lähestymistapa ei lisää rajoituksia sensorisolmusta lähetettävän datan määrään tai tiedonsiirron tiheyteen, mutta sensorisolmulle lähetettävien pakettien koko ja lähetystiheys on rajoitettava maksimissaan 8 tavuun 4 kertaa vuorokauden aikana.