Module LoRa M2B là một sản phẩm của công ty TNHH truyền thông M2B Tsutsumi được công ty phát triển và thử nghiệm cho các hệ thống ở châu Á và châu Phi, trong các lĩnh vực về nông nghiệp, chăn nuôi, phòng chống thiên tai bằng việc thu thập
dữ liệu từ các cảm biến và gửi về server phân tích. Sản phẩm hướng tới sử dụng ở các vùng núi hay vùng đảo, nơi kết nối 3G, LTE hay Enthernet còn hạn chế.
Hiện tại sản phẩm của công ty đang trong quá trình thử nghiệm và được cung cấp cho nhóm sinh viên thực hiện dự án Airmap của thầy Hàn Huy Dũng để triển khai một hệ thống IOT hoàn ch nh.
Hình 4.3: C u trúc c a module M2Bấ ủ
Hình 4.3 mô tả cấu trúc của module M2B bao gồm vi xử lý STM32L151 và chip điều chế Lora Semtech SX1276 là chip thuộc họ SX12xx đã được miêu tả chi tiết ở chương 2.
Hình 4.4: B ng thông s k ả ố ỹ thuật của module M2B
Hình 4.4 mô t chi ti t các thông s k ả ế ố ỹ thuậ ủt c a module LoRa M2B. Băng tần hoạt động là 902 ~ 928Mhz, tốc độ truy n d ề ữ liệu tối đa là 5469 bps, giao tiếp qua UART, công suất tối đa 19 dBm ở 915Mhz.
4.3.4 Kiểm tra truyền nhận b n tin LoRa M2B và Multiconnect ả
4.3.4.1 Kiểm tra kho ng cách ả truyền nh n module M2B và Multiconnect ậ 4.3.4.1.1 Điều ki n thệ ực nghiệm
- Ngày 15/04/2017, th i ti t test ờ ế không mưa, nhiều mây. Nhiệt độ 25 độ C, độ ẩm 62%.
- Đối tượng dùng để test: Lora M2B và Multiconnect 4.3.4.1.2 Thiết lập tham s ố cho các module
a) Lora Multitech
- T n s phát Lora: 868 Mhz ầ ố
- Công suất phát c a node Lora: 11 dBm ủ - Tốc độ truy n d u: 1.76 kpbs ề ữ liệ
b) Lora M2B
- T n s phát 920 Mhz ầ ố
- Công suất phát c a node Lora: 19 dBm ủ - Tốc độ truy n d u: 5.47 kbps ề ữ liệ 4.3.4.1.3 Cách th c ti n hành ứ ế
t Gateway t i t n T Quang B i H c Bách Khoa
Bước 1: Đặ ạ ầng 11 thư việ ạ ửu – Đạ ọ
Hà Nội.
t Lora trên xe máy và cho xe ch y v i v n t c 20km/h, xung quanh
Bước 2: Đặ ạ ớ ậ ố
Hà Nội, theo tuyến đường đã được định trước.
Bước 3: Cho Lora g i tín hiử ệu đi với th i gian là 10s m t lờ ộ ần, đồng th i ghi l i ờ ạ các giá trị GPS t i tạ ừng th i điờ ểm g i d liử ữ ệu.
Bước 4: Tín hi u nệ ếu Gateway thu đượ ẽc s đư c g i lên Server đ ợ ử ể lưu lại. Bước 5: L y tín hiấ ệu thu được trên Server, ki m tra nó v i thể ớ ời gian lưu giá trị GPS tại node, l y các d li u v ấ ữ ệ ề GPS đó và vẽ lên bán kính tín hi u. ệ
D a vào hình 4.5 ta ự thấy r ng d ằ ữ liệu thu đượ ốc t t nh t là quanh khu v c Bách ấ ự Khoa, tín hi u xa nhệ ất thu được cách gateway khoảng 9 km. Điều này có th lý giể ải bởi vì độ dài tín hi u c a LoRa M2B truyệ ủ ền đi ngắn, ch có 22 byte và tốc độ truyền cũng chậm hơn dẫn đến kho ng cách truyền khá xa. Tuy nhiên cũng bởi vì tốc độ truy n chả ề ậm dẫn đến kh ả năng mất gói tin tr lên caoở . Như hình 4.5 ta có thể thấy ở các khu vực thoáng và ít v t cậ ản như cầu Vĩnh Tuy như phía bến xe Giáp Bát thì thu được k t quế ả, còn phía chợ Mơ, Time City thì không có tín hiệu.
Hình 4.6: Kết quả test kho ng cách ngày 15/4/2017 c a Lora Multitech ả ủ
K t qu test vào ngày 15/4/2017 vế ả ới Lora Multitech được th hi n trên hình 4.6 ể ệ trong đó các điểm đánh dấu xanh là các điểm tại đó thu được tín hiệu Lora. Nhìn vào đó ta có th thể ấy vùng tín hi u c a Lora khá xa tầệ ủ m 3km. Khu v c phía Xã Đàn thì tín hi u ự ệ kém hơn do phía sau Gateway có m t bộ ức tường ch n sóng, tuy nhiên khu v c h ắ ự ồ Đền L tín hiừ ệu thu được khá kém mà tại đó không bị chắn bởi các tòa nhà cao. Khu v c xa ự nh t mà v n nhấ ẫ ận được tín hi u là t i chân cệ ạ ầu Vĩnh Tuy (5km). Tín hiệu thu đượ ừc t Lora khá ổn định t i các khu v c xa, không b chênh l ch quá nhi u. ạ ự ị ệ ề
So sánh k t qu l n này c a LoRa Multitech so v i LoRa M2B c a d án Airmap, ế ả ầ ủ ớ ủ ự ta th y r ng: kh ấ ằ ả năng truyền gói tin c a LoRa Multitech r t t t, tủ ấ ố ốt hơn nhiều so với LoRa M2B. Các điểm xanh đánh dấu v trí gói tin truyền đượị c với cùng 1 điều ki n thì ệ dày đặc hơn so với LoRa M2B. Tuy nhiên kho ng cách xa nh t LoRa Multitech có th ả ấ ể truyền được là 6km trong khi v i LoRa M2B là 9km. ớ
ng l
Không dừ ại ở đó, nhóm tiế ục đi kiểp t m tra l i vào ngày 30/4/2017 v i mong ạ ớ muốn s ẽ thu được kết qu tả ốt hơn.
Hình 4.7: Bản đồ ế k t qu ả kiểm tra kho ng cách truy n c a 2 module LoRa Multitech ả ề ủ và LoRa M2B
K t qu ki m tra truy n nh n l i c a c ế ả ể ề ậ ạ ủ ả 2 module LoRa được th hi n b ng b n ể ệ ằ ả đồ n hình 4.7. Bên trái là ktrê ết qu c a LoRa Multitech, bên ph i là c a LoRa M2B. ả ủ ả ủ Ta có th ể thấy ở ầ l n ki m tra th 2 này LoRa M2B có k t qu ể ứ ế ả tương tự ầ l n 1, tuy nhiên LoRa Multitech l i có s c i thiạ ự ả ện đáng kể khi v n gi ẫ ữ được t l m t gói th p và kho ng ệ ấ ấ ả cách truy n nh n xa nhề ậ ất đã lên tới 9km, tương đương với LoRa M2B.
V i lớ ần đo lại này, ta có th ể thấy ưu điểm vượt tr i c a 1 s n phộ ủ ả ẩm đã thương mại hoá như LoRa Multitech và sản phẩm còn đang trong quá trình thử nghiệm như LoRa M2B.
4.3.4.2 Kiểm tra mất gói bản tin 4.3.4.2.1 Điều ki n thệ ực nghiệm
- Đối tượng dùng để test: Lora M2B - Thời tiết không mưa, trời nắng
4.3.4.2.2 Thiết lập tham s ố
- Tốc độ truy n d u: 5,47 kbps ề ữ liệ - Công suất phát: 19dBm
- T n s phát: 920 Mhz ầ ố 4.3.4.2.3 Cách th c ti n hành ứ ế
Bước 1: Đặt Gateway l i tạ ầng 11 thư viện T Quang Bạ ửu Đạ ọi h c Bách Khoa Hà N i. ộ Bước 2: Cho node Lora M2B di chuy n trên xe máy v i v n t c 20 km, trong quá trình ể ớ ậ ố đó Lora vẫn liên t c truy n b n tin. ụ ề ả
Bước 3: Tiến hành đếm s b n tin nhố ả ận được, so sánh v i t ng s b n tin gớ ổ ố ả ửi đi để tính t ng s b n tin b m ổ ố ả ị ất.
Bước 4: Để đánh giá số ợ lư ng m t gói tin, nhóm l y k t qu ấ ấ ế ả thu đượ ại hai điểm đó là c t tại khu vực Xã Đàn và khu vực hồ Đền L . ừ
Hình 4.8: Khu vực chọn để tính toán s gói tin b m t ố ị ấ
4.8 là các khu v c nhóm l a ch tính toán gói tin b m t. Hai khu v
Hình ự ự ọn để ị ấ ực
này được đánh dẩu như trên bản đồ. Lý do mà nhóm ch n ai khu vọ ực này để ử x lí k t ế qu cho mả ất gói tin đó là do 2 khu vực này g n vầ ới điểm đặt Gateway- Bách Khoa, tuy nhiên tín hiệu thu được từ hai khu v c này khá ít. Khu vự ực Xã Đàn thì thì bị chắn b i 2 ở
bức tường ngay sau Gateway, còn khu v c h ự ồ Đền L có nhiừ ều chung cư che chắn, ch n ọ hai điểm này giúp kiểm tra độ ấ m t gói c a Lora M2B khi b c n tr . Riêng t i khu v c ủ ị ả ở ạ ự h ồ Đề ừn l thì nhóm th nghi m vử ệ ới hai lần phát.
4.3.4.2.4 K ết quả
Kết quả test mất gói tin được thể ệ hi n trong b ng 4.3: ả
B ng 4.3: B ng kả ả ết thử nghiệm mất gói tin ngày 30/4/2017 STT Địa đi m ể Thời gian
bắ ầt đ u g i ử Thời gian kết th c gửú i T ng s ổ ố gói gửi đi S gói ố nh n ậ được S gói ố m t ấ 1 Đền L ừ 14:58:43 15:44:06 273 137 136 2 Đền L ừ 16:35:00 16:41:24 39 10 29 3 Xã Đàn 16:51:00 16:59:03 50 15 35 l u tiên, khu v c h n L m b u tính là 14 gi 58 phút
Ở ần test đầ ự ồ Đề ừ thời điể ắt đầ ờ
43, th i gian k t thúc là 15 gi 44 phút 06. Trong kho ng thờ ế ờ ả ời gian đó tổng s gói tin gố ửi đi là 273 gói, nhưng ch nhận đượ ạc t i Gateway có 137 gói tức là đã mất 136 gói. Ti p ế theo v n ẫ ở khu v c này gửi đi 39 gói tin thì nhậự n v ề được 10 gói tin mất đi tới 29 gói tin. Và cu i cùng là test t i khu vố ạ ực Xã Đàn, nhóm cho gửi đi tấ ả là 50 gói tin nhưng cht c thu v ề được 15 gói tin, m t t i t n 35 gói tin. Do ph i di chuy n nhi u, th c hi n nhi u ấ ớ ậ ả ể ề ự ệ ề bài test nối tiếp nhau nên nhóm không có nhi u th i gian cho vi c này và ch ề ờ ệ có thể test với số lượng h n ch . ạ ế
4.3.4.3 Kiểm tra độ trễ ản tin b 4.3.4.3.1 Điều ki n thệ ực nghiệm
- Đối tượng test: Lora M2B - Thời tiết không mưa, trời nắng.
- Địa điểm test trong thành ph Hà N ố ội. 4.3.4.3.2 Thiết lập tham s ố
- Tốc độ truy n d u: 5,47 kbps ề ữ liệ - Công suất phát: 19dBm
- T n s phát: 920 Mhz ầ ố 4.3.4.3.3 Cách th c ti n hành ứ ế
Bước 1: Đặt Gateway l i tạ ầng 11 thư viện T Quang Bạ ửu Đại h c Bách Khoa Hà N ọ ội. Bước 2: Cho node Lora M2B di chuy n trên xe máy v i v n t c 20 km, trong quá ể ớ ậ ố trình đó Lora vẫn liên t c truy n b n tin. ụ ề ả
Bước 3: Ghi l i th i gian bạ ờ ắt đầu truy n b n tin và g i thông s này vào b n tin truyề ả ử ố ả ền đi, ghi lại th i gian Gateway nhờ ận được bản tin để so sánh v i th i gian g i b n tin. ớ ờ ử ả Ghi l i th i gian Server nhạ ờ ận được bản tin để so sánh v i th i gian nhớ ờ ận được b n tin ả tại Gateway.
4.3.4.3.1 K ết quả
Hình 4.9: Kết quả ề thời gian trễ ủ v c a tín hi u t node v Gateway ệ ừ ề
K t qu v ế ả ề thời gian tr c a tín hi u truy n t node v ễ ủ ệ ề ừ ề Gateway được mô t ả như trong hình 4.9. Nhìn vào hình chúng ta có th ể thấy là th i gian tr c a b n tin l i lúc ờ ễ ủ ả ạ Gateway nhận được bản tin thường là 2s và 3s, có những lúc lên đến 4s th m trí 5s. ậ Nguyên nhân dẫn đến vấn đề này là do trong quá trình test, node Gateway liên t c di ụ chuyển thay đổi v trí (v i tị ớ ốc độ ừ v a phải không quá nhanh), điều này làm thay đổi khoảng cách đến Gateway. Bên cạnh đó việc di chuyển cũng làm thay đổi địa hình xung quanh node, khi đi vào khu vực nhi u v t chề ậ ắn như các toà nhà cao tầng s có th c n ẽ ể ả trở hoàn toàn tín hi u, ho c nếu không thì cũng tăng độ ễ ủệ ặ tr c a tín hi u. ệ
Hình 4.10: Kết quả ề thời gian trể ủ v c a tín hi u t Gateway ệ ừ lên Server
i gian tr c a tín hi u khi g i t c mô t trong hình
Thờ ễ ủ ệ ử ừ Gateway lên Server đượ ả
4.10. Nhìn vào hình, ta th y th i gian này liên tấ ờ ục thay đổi, không đều như thời gian t ừ Lora đến Gateway. Nhưng thời gian tr v n ch yễ ẫ ủ ếu xoay quanh hai mốc chính là 1s đến 2s, thi tho ng thì nh y vả ả ọt lên đến 8s, 9s hay th m trí t n 13s, lậ ậ ớn hơn nhiều so v i thớ ời gian tr l n nhễ ớ ất tại Gateway.
Nguyên nhân là do trong quá trình test, vì lí do v ị trí đặt Gateway t i t ng 11 không t ạ ầ ể kéo dây, cho nên nhóm đã sử d ng mụ ạng 3G để c p cho h ấ ệ thống. Chính vì việc ph i gả ửi tín hiệu không dây 3G t Gateway lên Server dừ ẫn đến tình tr ng th i gian tr ch p ch n ạ ờ ễ ậ ờ và th m trí nh y vậ ả ọt lên như thế.
4.3.4.4 Kiểm tra bản tin ACK 4.3.4.4.1 Điều ki n thệ ực nghiệm
- Trong nhà
- Khoảng cách module Lora đến Gateway là 2m và 5m. - T n s phát c a Lora 868MHz. ầ ố ủ
- Công suất phát Lora: 11 dBm. - Công suất phát Gateway: 26 dBM.
4.3.4.4.2 Cách th c ti n hành ứ ế
- Cho module Lora truy n liên t c 5000 b n tin cách nhau 10s. ề ụ ả - Đếm s b n tin Ack mà Module Lora nhố ả ận được về.
4.3.4.4.3 K ết quả
nghi m ti p theo là v i kho ng cách 5m, v i kho ng cách này k t qu
Thử ệ ế ớ ả ớ ả ế ả thu
được đã r t kh quan, khi truyấ ả ền đi 5000 bản tin thì nh n v ậ ề được 4801 b n tin. ả
Hình 4.11: T l ỷ ệ nhậ được gói tin ack ớn v i kho ng cách 5m ả
Hình 4.11 mô t k t qu test t i v trí 5m, v i màu xanh là nhả ế ả ạ ị ớ ận được tín hi u ack, ệ còn màu cam là không nhận được ack. Tỷ l gói tin ack nhệ ận được đã tăng lên 96% thực s ự ấn tượng, v i k t qu này thì nhóm s p t c s d ng giao th c Stop and Wait vào ớ ế ả ẽ tiế ụ ử ụ ứ trong phía bên truyền, để có th h n ch n t các gói tin l ể ạ ế ố ỗi.
4.3.4.5 Kiểm tra truyền nhận 1 node t i Gateway ớ 4.3.4.5.1 Điều ki n thệ ực nghiệm
- Trong phòng 618 – Thư viện T Quang B u. ạ ử - Node đặt cách Gateway: 5 m.
- Node đặt cách m t đ t: 1 m. ặ ấ - Gateway cách mặ ất đ t: 1 m - Truy n: 100 b n tin t node. ề ả ừ
- Thời gian m i b n tin cách nhau: 5 ỗ ả s.
96% 4%
Tỷ lệ nhận được gói tin ack
Tỷ lệ không nhận được gói tin ack
4.3.4.5.2 K ết quả
B ng 4.4: Kả ết quả truyề ừn t 1 node T
T T T
T nnnnng sổổổổổ g sg sg sg sốốốốố gó gó gó gó gói ti ti ti ti truyruyềềềềền ruyruyruy n n n n điđiđiđiđi NhNhNhNhNhậnận đượậnậnận đượ đượ được được c c c MMMMMấấấấất góit góit gói t góit gói TrùnTrùnTrùnTrùnTrùng gg gg gg góig góióióiói 1000
1000 1000 1000
1000 998998998998 998 2 2 2 2 2 180180180180180
S u trong B ng 4.4 cho th y v i kho ng cách truy n ng n, trong t m nhìn ố liệ ả ấ ớ ả ề ắ ầ thẳng thì kh ả năng mất gói gi a node và gateway hữ ầu như không có.
4.3.4.6 Kiểm tra truyền nhận nhi u node t i Gateway ề ớ 4.3.4.6.1 Điều ki n thệ ực nghiệm
- Trong phòng 618 – Thư viện T Quang B u. ạ ử - Node đặt cách gateway: 5 m.
- Node đặt cách m t đ t: 1 m. ặ ấ - Gateway đặt cách mặt đất: 1 m. - Truy n: 500 b n tin t node. ề ả ừ
- Thời gian m i b n tin cách nhau: 11 s. ỗ ả - Hai node đặt cách nhau: 20 cm.
- Thời gian truyền: Đồng th i. ờ 4.3.4.6.2 K ết quả
B ng 4.5: Kả ết quả truyền b n tin t nhi u node ả ừ ề NoNo
No No
Node de de de de IDIDIDIDID TTTTT nnnnng sổổổổổ g sg sg sg sốốốốố gó gó gó gó gói ti truyi ti ti truyruyruyruyềềềềền n n n n điđi điđiđi SSSSS gốốốốố g g gói góióiói nhói nh nh nh nhậậậậận n n đượn n đượđượđượđượccccc MMấấấấất góiMMM t góit góit gói t gói 06000832
06000832 06000832 06000832
06000832 500500500500 gói500 gói gói gói gói 468468 gói468468468 gói gói gói gói 32 g32 g32 g32 g32 gói ói ói ói ói