(3.238.7.202) 您好!臺灣時間:2021/03/03 23:53
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:張琮凱
研究生(外文):CHANG,TSUNG-KAI
論文名稱:移動GPS節點在具有轉發點的LoRa網路下之資料詢問策略
論文名稱(外文):A Query Strategy of Mobile Node under LoRa Wireless Network with Relay Mechanism
指導教授:李皇辰
指導教授(外文):LEE,HUANG-CHEN
口試委員:張宏義蘇暉凱鄭佳炘
口試委員(外文):CHANG,HONG-YISU,HUI-KAICHENG,CHIA-HSIN
口試日期:2017-12-27
學位類別:碩士
校院名稱:國立中正大學
系所名稱:通訊工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:43
中文關鍵詞:LoRaLoRaWAN物聯網星狀網路
外文關鍵詞:LoRaLoRaWANInternet of ThingsStar network
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:282
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:2
隨著物聯網快速的發展及擴張,生活周遭有許多設備依靠不同的方式連上網路,將彼此的資料做交換、分析、收集等應用,來提升效率及改善問題。在發展初期以非移動物體為主,例如:智慧家庭的家庭電器監控、工廠的工具機資料收集與分析、農業的溫室監控等,隨後也將物聯網的應用延伸到移動物體上,例如:車聯網將汽車的行車資料與路況資料交換、穿戴式裝置將人體的健康資訊收集與分析等;但相較於非移動物體,移動物體有著不同的速度、方向、以及在環境中相對位置的改變,會產生許多不同的變化情況,因此提升了資料收送的困難度。
目前針對移動物體大多使用無線傳輸的技術,例如:Bluetooth、Wi-Fi、ZigBee、LoRa等無線技術,這些技術也有各自的特性及應用範疇。其中LoRa是近年來在物聯網興起的無線技術,具有長距離傳輸及低頻率、低功耗等特性;LoRaWAN則是透過LoRa無線傳輸技術所建立起的星狀網路拓樸。但無線通訊技術存在著共同的困難,例如:障礙物或建築遮蔽、距離上的限制、雜訊或同頻的干擾等,這些因素會導致資料傳輸錯誤或失敗;而移動節點的資料傳輸面臨更複雜的環境問題,包含因節點位置改變而變換的障礙物等。因此,如何提升物聯網中移動節點的傳輸成功率及降低資料交換成本,成為本研究的重要課題。
本研究基於LoRa星狀網路的架構之下,當GPS Node於大範圍移動時,Gateway會使用空間中多個Relay與GPS Node進行溝通,以提升傳輸成功率。Gateway可以選擇直接詢問GPS Node或透過Relay來詢問GPS Node的位置,GPS Node再將目前所在的位置回傳至Gateway;本研究著重在探討多種Gateway如何選擇Relay詢問GPS Node的策略,與分析各方式之間差異及傳輸成功率(Packet Delivery Ratio, PDR),找出最佳的詢問方式。在最後的實驗中,透過本研究的詢問策略,將詢問GPS Node的成功率由34%提升至67%。

The Internet of Things (IoTs) is envisioned to connect all smart devices to the network, for exchanging data and assist our daily life cooperatively. Many IoT mobile devices such as networked vehicles and people with wearable devices have been developed to provide intelligent services. However, the mobility of devices causes various issues, which increase the difficultly to maintain a good communication quality between mobile device and its gateway, including the mobile node's moving speed, direction and location. Many IoT wireless communication technologies, such as Bluetooth, WiFi, ZigBee and LoRa, are aimed to facilitate the IoT services. Recently, LoRa has been proposed to provide long-distance communication, while LoRaWAN is a protocol standard based on a star-topology wireless network for offering IoT device to connect to LoRa network. As the nature of radio signals can be degraded and interfered by increasing travel distance, obstacles and other radio sources, using relay nodes can help to increase the communication range and provide better quality of service. This study discusses how to maintain the communication performance of mobile LoRa nodes in a campus-scale star-topology LoRa wireless network with relay mechanism. The major difficulty of this architecture is how to select a proper relay node for a moving mobile node to provide good communication quality. Meanwhile, different query strategies of select relay node and query sequence are analyzed in simulations and real experiments. As the results indicated, the query success rate from a gateway to a mobile node via relays is raised to 67% with the proposed strategy, while the success rate is only 34% if no strategy is used.
目錄
摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 iv
表目錄 vi
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究背景與動機 1
1.3 論文架構 2
第二章 相關研究 3
2.1 相關研究 3
第三章 研究目的與系統設計 5
3.1 研究目的 5
3.2 系統架構 6
3.3 硬體設計 7
3.4 軟體設計 10
3.4.1 繪製基礎傳輸成功率地圖 10
3.4.2 依據不同方格大小產生模擬GPS位置 11
3.4.3 模擬並計算各輪詢方式的成功率 12
第四章 系統效能評估 16
4.1 前導實驗一 16
4.2 前導實驗二 18
4.3 加入RELAY轉傳架構 19
4.4 校園範圍實驗 20
4.5 產生虛擬座標 24
4.6 成功率分析及預測 25
4.7 實際實驗 37
第五章 結論與未來展望 42
參考文獻 43

圖目錄
圖1實驗示意圖 2
圖2 研究流程圖 6
圖3 系統架構圖 7
圖4 GPS Node硬體正反面實體圖 8
圖5 Relay天線實體圖 8
圖6 Gateway天線實體圖 8
圖7 Gateway詢問GPS Node之封包格式 9
圖8 Gateway透過Relay詢問GPS Node之封包格式 9
圖9 Relay詢問Node之封包格式 9
圖10 Relay接收到Node封包後轉送回Gateway之封包格式 9
圖11 Node接收到詢問封包後回傳之封包格式 10
圖12 傳輸成功率地圖介面 11
圖13 產生虛擬位置流程圖 12
圖14 模擬成功率程式流程圖 13
圖15 Gateway已知Node目前GPS位置之詢問流程圖 14
圖16 Gateway未知Node目前GPS位置或無對應方格之詢問流程圖 15
圖17 前導實驗之Gateway架設實體圖 16
圖18 GPS Node實體圖 17
圖19 不同天線接收資料的情形比較 17
圖20 頂樓及地面實驗結果 18
圖21 共同教室大樓頂樓Gateway架設圖 19
圖22 不同SF下實驗測試結果 19
圖23左為Gateway架設位置及可接收到的位置;右為Relay架設位置及可接收的位置 20
圖24 校園範圍實驗照片 22
圖25 實驗架設位置及實驗路徑圖 23
圖26 Gateway(圖書館)及Relay1(管理學院)之成功率地圖 23
圖27 Relay2 (田徑場)及Relay3(體育館)之成功率地圖 24
圖28 Relay4 (地震館)及Relay5(工學院一館)之成功率地圖 24
圖29 在不同方格大小下產生虛擬GPS座標 25
圖30地圖相關圖示及說明 25
圖31 方格範圍44m2下各座標透過最高成功率路徑回傳資料 26
圖32 方格範圍66m2下各座標透過最高成功率路徑回傳資料 26
圖33 方格範圍88m2下各座標透過最高成功率路徑回傳資料 27
圖34 方格範圍110m2下各座標透過最高成功率路徑回傳資料 27
圖35 方格範圍132m2下各座標透過最高成功率路徑回傳資料 28
圖36 44m2方格中Gateway可詢問到的所有位置 29
圖37 44m2方格中管理學院Relay可詢問到的所有位置 29
圖38 44m2方格中體育館Relay可詢問到的所有位置 30
圖39 44m2方格中地震館Relay可詢問到的所有位置 30
圖40 44m2方格中工學院一館Relay可詢問到的所有位置 31
圖41 不同成功率的Relay成功詢問Node位置的百分比 32
圖42依成功率高低詢問不同數量Relay的PDR情形 33
圖43 GPS座標點透過最接近的Relay回傳資料情形 34
圖44 詢問GPS位置最接近的Relay成功率 35
圖45 各詢問方法之PDR關係 36
圖46 不同方格大小的各方格資料統計圖 37
圖47 3-Relay回傳的GPS位置 38
圖48 Polling回傳的GPS位置 38
圖49 Near Relay回傳的GPS位置 39
圖50 模擬實驗與驗證實驗之成功率比較 40
圖51 詢問不同Relay數量之累積成功率 40
圖52 各位置Relay成功率在不同詢問方式下的比較 41

表目錄
表格1 不同成功率的Relay詢問到的資料百分比統計 31
表格2透過不同Relay數詢問的累積成功率統計 32
表格3 透過最接近Relay詢問的成功率統計 34
表格4 四種方法在不同方格大小的成功率比較 35
表格5 不同方格大小的各方格內資料平均數、中位數、標準差 36


[1]Semtech, “LoRa Specification v1.0”, Jan. 2015.datasheet,http://www.semtech.com/images/datasheet/sx1276_77_78_79.pdf, March 2015.
[2]Jaco M. Marais, Reza Malekian, Adnan M. Abu-Mahfouz, “LoRa and LoRaWAN testbeds: A review”, Global Internet of Things Summit (GIoTS), IEEE Conference Publications, Pages:1496-1501, November.2017.
[3]Tim Hadwen, Vanessa Smallbon, Qing Zhang, “Energy efficient LoRa GPS tracker for dementia patients”, Global Internet of Things Summit (GIoTS), IEEE Conference Publications Pages: 771 – 774 , September.2017.
[4]Bernat Carbonés Fargas, Martin Nordal Petersen,“GPS-free geolocation using LoRa in low-power WANs”, Global Internet of Things Summit (GIoTS), IEEE Conference Publications, Pages: 1-6, August.2017.
[5]Nuvoton, “NuMicro™ NUC100 Series NUC130/NUC140Technical Reference Manual”,https://www.nuvoton.com/resource-files/TRM_NUC130_NUC140(CN)_Series_EN_Rev2.05.pdf, August 2013.
[6]Semtech, “SX1276/77/78/79 - 137 MHz to 1020 MHz Low Power Long Range Transceiver”, Hill, J.L.; Culler, D.E., "Mica: a wireless platform for deeply embedded networks," Micro, Nov. 2002.
[7]fTech, “FMP0439-TLP Data Sheet Rev.A00 66-Channel GPS POT Module with MTK Chipset”, http://www.f-tech.com.tw/products/fmp0439-gps-module/, 2013.

電子全文 電子全文(網際網路公開日期:20221231)
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
系統版面圖檔 系統版面圖檔