Implementace a vyhodnocení komunikační technologie LoRaWAN v simulačním prostředí NS-3

Abstract

Diplomová práca je venovaná implementácii bezdrôtovej siete LoRaWAN v simulačnom prostredí NS-3. V práci je všeobecne opísané IoT, využité technológie a druhy komunikácie medzi zariadeniami. Následne je opísaná technológia LPWAN, jej požiadavky a najpoužívanejšie protokoly využívajúce túto technológiu. Ďalej je detailne opísaná technológia LoRaWAN, vrstvy na ktorých pracuje, sieťová architektúra a bezpečnosť. V rámci praktickej časti je opísané simulačné prostredie NS-3 a vybraný najvhodnejší LoRaWAN modul z~dostupných modulov. Vybraný modul je detailne popísaný a importovaný do simulačného prostredia NS-3. Následne sú vykonané dva simulačné scenáre, prvý so zameraním na vplyv počtu koncových zariadení v sieti a druhý zameraný na vplyv vzdialenosti koncového zariadenia od brány. Výsledky simulácií sú zapísané do tabuliek, z ktorých sú následne vytvorené grafické závislosti. V poslednej kapitole je pristúpené k modifikácii modulu implementovaním nových frekvenčných pásiem a teoretickou prípravou na obojsmernú komunikáciu a šifrovanie.

The diploma thesis deals with an implementation of the LoRaWAN wireless network within the NS-3 simulation environment. The thesis defines IoT in general, together with its technologies and types of communication between devices. Subsequently, the LPWAN technology is outlined, as well as its requirements and protocols that are most widely used with this technology. The thesis then describes the LoRaWAN technology in detail, its layers, network architecture and security. The practical part of this thesis sheds some light on the NS-3 simulation environment and the most suitable LoRaWAN module that was selected from the available ones. The chosen module is described in detail and imported to the NS-3 simulation environment. Two simulation scenarios are then performed. The first scenario is focused on the impact created by increasing the number of end devices in the network. The second scenario is focused on the impact created by increasing the distance between the end device and the gateway. The results of the simulations are recorded in the tables which are then used to display the given results in graphs. Last chapter deals with module modification where new frequency bands are implemented and theoretical setup of duplex and encrypted communication is described.