Senzorický uzel využívající technologii LoraWAN v pásmu 2,4 GHz

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá návrhem a realizací komunikačního řetězce využívajícího technolo- gii LoRaWAN v kmitočtovém pásmu 2,4 GHz. V úvodní části je představen přehled bezdrátových komunikačních technologií pro Internet věcí s důrazem na technologie typu LPWAN a specifika provozu v pásmu 2,4 GHz. Následuje průzkum trhu dostupných komunikačních modulů a přístupo- vých bran s čipem Semtech SX1280, na jehož základě byla pro koncový uzel zvolena vývojová deska LilyGO T3 S3 s mikrokontrolérem ESP32-S3 a pro přístupovou bránu zařízení MikroTik wAP LR2. Klíčovou součástí práce je implementace vlastního LoRaWAN zásobníku pro pásmo 2,4 GHz, neboť v době realizace neexistovala žádná veřejně dostupná Arduino knihovna podporující protokol Lo- RaWAN nad transceiverem SX1280. Implementace zahrnuje sestavení LoRaWAN rámce, šifrování užitečného zatížení algoritmem AES-128 a výpočet kontrolního součtu integrity zprávy. Navržený řetězec byl úspěšně integrován v komunitní síti The Things Stack Sandbox. Funkčnost řetězce byla ověřena praktickým měřením, které prokázalo úspěšnou komunikaci na vzdálenost 25 km při zacho- vání přímé viditelnosti. Zdrojový kód implementace je veřejně dostupný na platformě GitHub.

This bachelor thesis deals with the design and implementation of a communication chain using LoRaWAN technology in the 2.4 GHz frequency band. The introductory part provides an overview of wireless technologies for the Internet of Things with emphasis on LPWAN technologies and the specifics of operation in the 2.4 GHz band. A market survey of available communication modules and gateways is presented, on the basis of which the LilyGO T3 S3 development board with an ESP32-S3 microcontroller was selected for the end node and the MikroTik wAP LR2 for the gateway. A key part of the thesis is the implementation of a custom LoRaWAN stack for the 2.4 GHz band, as no publicly available Arduino library supporting the LoRaWAN protocol on the SX1280 transceiver existed at the time of development. The implementation includes LoRaWAN frame assembly, AES- 128 payload encryption, and message integrity code computation. The designed communication chain was integrated in The Things Stack Sandbox network. The functionality was verified by a successful measurement at a distance of 25 km. The source code is publicly available on GitHub.