TELK O M N I K A   Te l e c ommu n i c at i on ,   C omp u ti n g ,   El e c t r on i c s   an d   C on tr o l   V ol .   1 8 ,   N o .   2 A pri l   2020 ,   p p.   649 ~ 660   IS S N :   1693 - 6930 ,   a c c r e di t e d   F i rs t   G r a de   by   K e m e n ri s t e kdi k t i ,   D e c r e e   N o:   21 / E / K P T / 2 018   D O I:   10 . 129 28/ T E L K O M N IK A . v1 8 i 2 .   14843     649       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / j our nal . uad . a c . i d/ i nd e x . php / T E L K O MNIKA   A   p e r f o r m a n c e   o f   r a d i o   f r e q u e n c y   a n d   si g n a l   st r e n g t h   o f   L o R a   w i t h   B M E 2 8 0   s e n s o r       P u p u D an i   P r as e t yo  A d i 1 ,   A k i o   K i tag aw a 2   1, 2 D e p a r t m e n t   of   E l e c t r i c a l   E ng i n e e r i n g,   U n i ve r s i t o f   M e r d e ka   M a l a ng ,   I ndon e s i a   2 M i c r E l e c t r on i c s   R e s e a r c h   L a b or a t o r y ,   ( M e R L ) ,   K a n a z a w a   U n i v e r s i t y ,   J a pa n       A r ti c l e   I n fo     A BS TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   Re c e i v e d   A ug  15,   201 9   Re vi s e J a 13,   202 0   A c c e pt e F e 4,   2020     L oR a   i s   a   R a di o   F r e que n c y   m od ul e   t h a t   c a n   s e nd   pa c ke t   da t a   u t 3   k m   i n   F S P L . L oR a   h a s   3   di f f e r e nt   F r e que nc y   R a di os   i . e ,   915   M H z ,   86 8   M H z ,   a n 433   M H z .   L oR a   t e s t i ng   i s   ba s e d   o n   di f f e r e n t   di s t a nc e s ,   B M E 280   p r ov i d e s   B a r o m e t r i c   P r e s s ur e ,   T e m pe r a t ur e ,   a nd   H u m i di t y   d a t a .   A a n a l ys i s   f r o m     t he   r e s ul t s   of   t he   R e c e i ve d   S i gna l   S t r e ng t h   t o   t h e   d i s t a n c e   ( m )   t o   t he   f a r t he s t   poi n t   t o   p r ov e   a nd   pr ovi de   Q oS   da t a   f r o m   L oR a   9 15   M H z .   S e n s or   node s   a r e   bui l t   u s i ng   A D R   a n d   A ut om a t i c   s l e e p   m od e   a l go r i t h m s .   C o m m un i c a t i on   s ys t e m s   be t w e e n   nod e s   a r e   bu i l t   dy na m i c   s e ns o r   n ode s   i n   m e s h   ne t w or ki n g.   M on i t or i ng  s i gna l   t r a ns f e r r i ng  o t he   9 15  M H z   F r e que n c w a ve f o r m   i s   c a r r i e d   out   us i n t he   T e x t r oni S p e c t r u m   a n a l y z e r .   B a s e on  t he   B M E 2 80   D a t a   pa c ke t   t r a ns m i s s i on  f r o m   t he   L oR a   9 15  M H z   T r a n s m i t t e r   t   t he   R e c e i ve r   R e c e i v e r   a t   a   d i s t a nc e   o f   100 m   i s   - 84   dB m   a n a t   a   d i s t a n c e   of   500 m   i s   - 10 dB m .   T h e   L oR a   I n t e r ne t   G a t e w a ha s   t yp e s   of   s e t t i ng s ,   i . e ,   a ppl i c a t i on ,   a nd   ga t e w a y,   t h i s   s e t t i ng   i s   t o   f i nd   out   t h e   l o c a t i on   of     t he   g a t e w a y   w i t h   l o ng i t u de   a nd   l a t i t ude .   F u r t he r m or e ,   t he   ga t e w a y   ho l ds   S e ns o r   da t a   f r o m   t h e   E nd  n ode ,   w h i l e   t h e   A pp l i c a t i on  S e r v e r   d i s p l a ys   s e n s o r   da t a   i n   t h e   f o r m   o f   G r a phi c s   i r e a l t i m e .   Ke y w or d s :   Ba ro m e t ri c   BM E 280   IoT   L oRa   P re s s ure   T e m pe r a t ure   T hi s   i s   an   op e n   ac c e s s   ar t i c l e   u nde r   t he   C C   B Y - SA   l i c e n s e .     Cor r e s pon di n g   Au t h or :   P uput   D a ni   P ra s e t yo   A d i   D e pa r t m e nt   of   E l e c t r i c a l   E ngi n e e r i ng ,   U ni ve rs i t y   of   M e rd e k a   M a l a ng,     T a m a n   A gun S t r e e t   N um b e r   1,   M a l a n g,   P os t   Cod e   6 5146 ,   I ndone s i a   E m a i l :   pupu t . d a nny @ un m e r. a c . i d       1.   I N TR O D U C TI O N   T he   i nt e rn e t   of   t hi n gs   ( IoT )   t e c hno l ogy   i s   grow i n g   ra p i dl y,   t he   d e ve l op m e n t   of   r a di o   fre q ue n c y   or   m odu l e   e . g . ,   G P RS ,   N a r row ba nd - Io T ,   S i gF ox,   a nd   L oR a .   t he   d e v e l op m e nt   of   I nt e rne t   ga t e w a y   d e vi c e s   t e c hnol ogy  ( L oR a   G a t e w a y ,   D i gi   Z i gb e e   G a t e w a y ,   Ra s pb e r ry  P i   G a t e w a y ,   e t c . ),   S e c uri t t ype   [ 1 ] ,   prot o c o l   t ype ,   nod e   s e ns o r   t e c hno l ogy ,   pow e r   c ons um pt i on   t h a t   s up port s   l i fe t i m e   of   s e ns or   no de s ,   rout i ng   p rot o c ol ,   l ong   ra n ge a bi l i t o r a d i fre q ue n c y   or   fre q ue n c y   ba nd  i s   v e ry  i nf l ue n t i a l   i t he   d e ve l op m e n t   of  t h e   i nt e rn e t   of  t hi ngs   (IoT )   t e c hn ol og y,   a t   pr e s e n t   t h e   c om p a ny' s   de m a nd   (D S M )   on   L P W A N   [ 1 ]   a nd   t h e   i n t e rn e t   of  t hi ngs   (I oT ) - ba s e t e c hno l ogy   i s   i n c re a s i ng   [ 2 ],   t hi s   s t u dy   i s   de t a i l e d   i n   re s e a r c h   [ 1 ] .   In   r e s e a rc h   [ 3 ]   s urv e ye d   t he   di ffe r e n c e s   be t w e e n   L oR a   a n N a rrow B a nd - I oT ,   s u rve p a ra m e t e rs   i nc l ude d   Q oS ,   l a t e nc y ,   re l i a bi l i t y,   a nd  r a ng e .   t h e re f ore ,   In   re s e a r c [ 4 t he   c o m pa ri s on  of  r a di o fre qu e nc y   m odul e s   s uc a s   G P RS ,   N a rrow b a nd - IoT ,   S i gF o x,   a n L oR a   w a s   t e s t e a t   a   v e ry   l on d i s t a nc e   o 7800  k m 2 ,   prov i ng   t h a t   R a di o   m odul e   c a pa b i l i t y   i s   c a p a bl e   of   r e a c h i ng   v e ry   l o ng   di s t a n c e s .   In   r e s e a r c h   [ 5 ]   L oRa   c o m m u ni c a t i on   w a s   bui l t   t o   m a ke   s m a r t   e ne rg C a m pus   T e s t b e d   [5 - 7] .   S o   t h a t   a a ppropr i a t e   a r c h i t e c t ure   i s   ne e de d   t h a ndl e   c o m pl e s e ns or  node   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   1693 - 6930   T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol V ol .   1 8 ,   N o.   2 A pri l   2 020:    649   -   6 60   650   c onn e c t i ons   i t he   i nt e rn e t   o t h i ngs   (I oT a nd  how   t o   bui l a rc h i t e c t ure   i va r i ous   s ys t e m a t i c a l   d om a i ns   [ 8 ].   N ot   on l i i ndoor   c a p a b i l i t i e s   a nd   s hort   di s t a n c e s   s uc a s   us i ng  bl u e t oo t RN 42  [ 9 w h i c h   s how s     t he   t r a ns fe rri ng   of   d a t a   f rom   t he   t r a ns m i t t e r   t t he   r e c e i v e i s   20   m e t e rs   t he s upp ort e d   by   t h e   R a s pb e rry   P i   M ode l   B   a s   a n   In t e rn e t   g a t e w a y .   furt h e r m or e ,   In   re s e a r c h   [ 7 t he   R a s pb e rr P i   i s   us e a s   a   w e s e rv e i m oni t or i ng  t he   e ne r gy  of  L P W A N   [ 10 on  e a c s e ns or  nod e s   s upport e b L i nux  s c ri p t   a n ra d i m odu l e   unde t e s t i ng ,   t he   t e s t b e d' s   c o m pon e nt s   pa r a m e t e i nc l ud e s   t he   A pp  i nv e nt o A pp   on  t he   t a bl e t   t c r e a t e     a   G U on  a   t a bl e t   b a s e on  bl oc k l pro gra m m i ng .   In  r e s e a rc [ 1 us i ng   t h e   s a m e   b oa rd ,   R a s pbe rry  P i ,   w hi c h   i s   bui l t   s e c ur i t l e v e l   m e t hod   us i ng  t h e   A RS F ra m e w ork  o c o m m un i c a t i on  b e t w e e n   Ra s pb e rry  P i   M od e l   a nd  D S 18 B20   s e ns or ,   f rom   t hi s   r e s e a rc w e   c a n   d e t e rm i ne   t he   l e v e l   of   s e c uri t o d a t a   i n   t h e   W i re l e s s   S e ns or  N e t w or k.   In   r e s e a rc h   [1 1 ,   12 ] ,   t h e   ra d i o   fre que n c y   us e d   i s   Z i gb e e   w i t h   t h e   fa rt h e s t   ra n ge   of   120   m e t e rs   [13] ,   s o   a   l ong - r a ng e   fre que n c y   r a di o   i s   ne e de d   t o   c o ve r   t h e   out door   a re a .   S o   i t   i s   n e c e s s a ry   t o   e xp a nd   t he   c a pa c i t of  t he   RF   s i gn a l s   t o   t h e   out do or.   F or   t h i s   r e a s on,   t hi s   re s e a r c h   w a s   m a de ,   n a m e l a na l yz i ng     t he   a bi l i t y   o t he   L oR a   915   M H z   m odu l e   i s e ndi ng   B M E 280   d a t a   a t   d i s t a n t   di s t a n c e s   a nd   l o c a t i ons .   t he r e for e ,   a   s c ope   on  t hi s   r e s e a rc i s   t ra ns fe rr i ng  t he   BM E 280  d a t a   p a c ke t   a t   L oRa   t r a ns m i t t e t L oR a   re c e i v e a t   fr e qu e nc 915  M H z   w hi c w i l l   produ c e   r e c e i ve s i gna l   s t re ngt (RS S va l u e   i - dBm   a t   di ff e r e nt   di s t a n c e s .   In   r e s e a rc h   [ 14 ]   O n e   i m por t a nt   r e a s on   f or   Io T   i s   t h e   P ow e r   c ons u m p t i on   fa c t or .   e . g ,   L oRa   a nd     t he   gl oba l   p os i t i oni ng  s ys t e m   (G P S )   re qui r e   hi gh   pow e r   c on s um pt i on,   on e   m e t ho t ha t   c a b e   us e d   t o   r e du c e   pow e c ons u m pt i on  i s   f i ng e rpri nt   pos i t i on i ng  m e t hod .   T h e   s e n de r   a nd   r e c e i v e pr ogra m   on  L oR a   us e s     l a ngua ge   o t h e   A rdu i no  i nt e gr a t e d e ve l op m e n t   e nvi r o nm e n t   (ID E ).   a c c o rdi ng l y ,   P rob l e m s   t h a t   oc c ur  w he s e ndi ng   pa c k e t   d a t a   us i ng  t he   L oR a   r a d i fr e qu e nc y   m odul e   i s   t he   pre s e nc e   of   obs t a c l e s   i t he   for m   of   m oun t a i ns ,   bui l di ngs ,   t r e e s ,   e t c .   w hi c h   c a us e s   a   gre a t e r   pe r c e nt a g e   of  t he   a t t e nu a t i on  s i gna l   ( - dB m ).       2.   R ES EA R C H   M ET H O D     2. 1 .    R e s e ar c h   a r c h i te c tu r e   F i gure   1   s how s   t he   ov e r a l l   r e s e a rc h   a rc h i t e c t ur e ,   t h e r e   a re   p a rt s   s how n   i n   F i gu re   1 .   O n   t he   l e ft   (c a s e _a n a l y t i c _1)   i s   a a na l ys i s   of   A D ( a da pt i ve   da t a   ra t e a l gor i t h m   [ 1 5 w h i c h   a i m s   t m a xi m i z e     t he   l i f e t i m e   of   s e ns or  node s   a nd   t h e   e ffe c t i ve n e s s   of  t he   ove ra l l   ne t w ork i ng  i a dde w i t a   l a rge   nu m be r   of   node s ,   i t h e   c e n t e r   (r e c e i ve r   s e ns i t i vi t y),   t ra ns m i t t i ng  m u l t i - poi n t   da t a   s i g na l s   T node   L oR a   t o   Rx   N ode   L oRa   pr oduc e s   a n   a n a l ys i s   of   t he   budg e t   l i nk   c ons i s t i ng   of   t r a ns m i s s i on  pow e r ,   a n t e n na   ga i n ,   c onn e c t or   l os s ,   fa c t or  fr e s ne l   z o ne   e qu a t i o n,   e t c   (C a s e _A n a l yt i c _2)   [16] .   I Ca s e _A na l yt i c t he   a n a l y z e s i gn a l   i s   Chi rps   (c om pre s s e d   h i gh - i nt e ns i t r a d a p ul s e )   [ 17 - 19] .   fu rt h e rm o re ,   C a s e _A n a l y t i c _3  i s   t he   r e s ul t   of   a n   i nt e rne t   ga t e w a y   a na l ys i s   c o ns i s t i ng   of   a i nt e rn e t   s e r ve r   a nd   a ppl i c a t i on   s e rv e r   a n i t s   a na l yt i c   d a t a ,   i . e ,   up l i n a nd   dow nl i n w h i c h   c a n   be   a na l yz e d   i n   de t a i l .           F i gure   1 .   T he   a rc h i t e c t ure   of   t h i s   r e s e a rc h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol         A   p e r f or m an c e   of   r ad i f r e qu e n c y   and   s i gna l   s t r e ng t h   of   L oR wi t h…   ( P u put   D ani   P r as e t y A d i )   651   T he   fl ow   d i a gra m   of  F i gur e   s how s   t h e   pro c e s s   of  be g i nni ng  t t he   e nd   of   t h i s   r e s e a rc h ,   t h e re fore ,   t hre e   pa r t s   of   t h e   fl ow c ha rt   a r e   i nt e rr e l a t e i e ,   e nd   nod e s / m ot e / e nd   d e vi c e s   of   L o Ra   a nd   t hi s   t r a ns m i t t e r   w i l l   be   a dde up  s o   t h a t   t h e   d a t a   r a t e   w i l l   i nc re a s e   fo t ha t   i t   n e e ds   a a l g ori t hm   t h a t   m a i n t a i ns   ne t w ork   s t a b i l i t y   a nd   m a xi m i z e s   t h e   l i fe t i m e   of   t h e   s e ns or   nod e   us i ng   t h e   A D R   a l gor i t h m .   A d a pt i v e   d a t a   ra t e   (A D R)     t he   a l g ori t hm   foc us e o t h e   a l g ori t hm   us e i t he   i n t e rn e t   of  t h i ngs   r a di o   fre que n c L oR a   c om m un i c a t i on  s ys t e m ,   t h i s   a l gor i t h m   i s   us e d   a s   a n   a ppro a c h   i n   h a nd l i ng   d a t a   t ra ns m i s s i o r a t e   on  t he   n e t w or ( L oR a W A N )   [2 0 t h a t   i s   b e i ng  bui l t   a nd  h a s   m a ny   s e ns or  n ode s   t ha t   a re   b e i ng  bu i l t   i n t e r c onn e c t e d,   t hi s   h a s   t o   do  w i t h ow   t i nc re a s e   t h e   e ff e c t i v e n e s s   of   Io T - b a s e d   n e t w orks   a nd   m a i nt a i n   t he   l e ve l   of   l i fe - t i m e   fo s e ns or   nod e s   o c om p l e n e t w or ks .   In  t hi s   c a s e ,   a l l   e nd  n ode s / e ndp oi n t s   or   m ot e s   c a n   dyn a m i c a l l a dj us t   t he   d a t a   r a t e   t ha t   w i l l   be   s e n t   i t he   pro c e s s   of  t ra ns m i t t i ng  upl i nk  a nd   do w nl i nk   d a t a .   If  t he   e nd  p oi n t / e nd  node / m ot e   i s   i n   A D A c t i v e   m o de ,   t h e   S e rv e w i l l   be   a bl e   t o   de t e rm i ne   t h e   d a t a   ra t e   v i a   t he   A D R   (a da p t i v e   da t a   r a t e )   a s   doc u m e n t e d   i n   L o Ra W A N   [ 21 ,   22] .   A D R   a l go ri t hm   p a ra m e t e rs   i nc l ud e   RS S ( dBm a nd   S N R   (dB ),   up l i nk   a nd   d ow n l i nk   proc e s s e s   be t w e e n   t he   a ppl i c a t i on   s e rv e r   a nd   t he   s e rve r   n ode .   fur t he rm or e ,   t hr e e   t ra ns m i s s i o pa ra m e t e rs   [23 ,   2 4 i a da p t i v e   d a t a   r a t e   (A D R i . e ,   s pre a di n fa c t or   (S F ),   ba ndw i d t ( BW ) ,   a nd   t r a ns m i s s i on   pow e r   (dB) .   F ur t h e e xp l a n a t i on   of   t h e   A D R   A l g ori t hm   c a be   s e e n   i n   t he   fl ow c ha rt   of   A D a l g ori t hm   i n   F i gure   2   (b) .     2. 2 .        H ar d w a r e   s p e s i f i c at i on   an d   e q u at i on   2. 2 . 1.   B M E   s e n s or   T he   BM E 280   S e ns or   i F i gur e   3   i s   a   m ul t i - s e ns ory   a n a ppl i e d   i t he   h e a l t h   c a r e   a pp l i c a t i on     (e . g .   S pi rom e t r y).   i n   pr e vi o us   r e s e a rc h,   h e a l t h   c a re   a p pl i c a t i on   us i ng   d i f fe r e n t   s e ns ors   i n   re s e a r c   [11,   20 ,   25 ,   26]   i . e ,   bl oo d   pre s s ur e   a nd   pu l s e   s e ns or.   In   r e s e a rc h   [ 27 ]   t he   s e ns ors   us e d   a re     t he   e l e c t ro c a rd i ogr a m   (E CG s e ns o r,   body  t e m p e ra t ure   s e ns or,   p ul s e   ra t e ,   a nd  o xyge s a t ura t i o s i gn a l   us i ng   M yS i gna l s   a nd  L oR a .   T h e re   a r e   d a t a   on   t h e   BM E 280   s e n s or  i . e.   a t m os phe r i c   pr e s s ure   ( hP a ) ,   t e m pe r a t ure   (D e gC)   a nd   h u m i d i t y   (%) .   A t m os p he r i c   pre s s ur e   ( hP a i s   t h e   pr e s s ure   a t   a ny  p oi n t   i t he   E a rt h' s   a t m os ph e re .   A l m os t   t he   s a m e   a s   t h e   h ydros t a t i c   pr e s s ure   c a us e d   by   t h e   w e i gh t   o t he   a i r   a bo ve   t h e   m e a s ur e m e nt   po i nt .   T he   for m ul a   f or  c a l c u l a t i ng   a t m os phe r i c   pr e s s ure   i s   fo l l ow i ng  t h e   f orm ul a   2 .   L og10   P ≈  5 - (h  - 15500) ,   w he r e   t he   va l ue   of  P   i s   pr e s s ure   (P a s c a l )   a nd  h   i s   t he   he i gh t   ( m e t e rs ) .   F ur t he r m or e ,   t h e   t e m pe ra t ure   ha s   t h e   d e fa u l t   uni t   D e gre e   Ce l c i us .   t h e   BM E 280   s e ns or ,   t h e   uni t   us e i s   d e gre e   c e l s i us   a nd   de t e c t s   c o ndi t i ons   i   t he   e nvi ro nm e nt   a nd   re s u l t s   i n   pr e c i s i on .   furt h e r m ore ,   t o   c h a nge   t K e l v i n   (K ),   R e a m ur   (ºR é )   or   F a hr e n h e i t   F l a n gua g e   i s   us e d   i n   t h e   A rdu i no  ID E .   If  t h e   D e gC  va l ue   i s   k now n,   t o   be   c h a ng e t a not he r   t e m pe r a t u re   un i t   t o   r = c   *   4 / 5;   f = (c   *   9/ 5)   + 32 ;   k = c   +   273. 16;   fur t he r m or e ,   hum i di t y   (%)   i s   t h e   a m oun t   of   w a t e r   v a por   i t he   a i r   t h a t   i s   not   v i s i bl e   t o   t h e   hu m a n   e ye ,   t h i s   a m oun t   of  w a t e r   va p or  w i l l   d e t e r m i n e   r a i nfa l l ,   de w   or   fog .   F urt h e r m ore ,   F i gur e   d e s c r i be s   t h e   BM E 28 0   s e ns or   di a gr a m   bl oc k ,   T h e re   i s   a   P re s s ure   a nd  t e m pe r a t u re   s e ns i ng   e l e m e n t   t ha t   i s   c onv e rt e fr om   a n a l og   t di g i t a l   us i ng  a na l og  t d i gi t a l   c onv e rt e (A D C)   t l ogi c   ga t e   a nd   c on t i n ue s   t o   6   ou t put   p i ns   i e . S D I,   S D O ,   S CK ,   CS B,   V D D   a nd   G N D ,   a nd   j us t   4   pi ns   us e i . e .   S D A ,   S CL ,   V D D   (3. v ol t )   a nd   G N D .     2. 2 . 2.   R F M 95 W/ 96 f or   d r ag i n LoR a   T he   L oR a   t yp e   us e d   i s   t he   D r a gi no   L oR a   915   M H z ,   w hi c i s   c om pa t i bl e   w i t h   t h e   A rdui no   U N O   Boa rd .   t he re fo re ,   o t he   D ra gi no   L oRa   91 M H z ,   t h e   c h i de vi c e   us e i s   RM F 96 ,   t h e   t ra ns m i t   pow e r   i s   20   dB,   a s   s h ow i F i gur e   4   a nd  t h e   h a rdw a r e   s pe c i f i c a t i on  i n   T a bl e   1 .     2. 2 . 3.   R S S I   of   LoR a   T he   RS S s t a nds   for  re c e i ve d   s i gn a l   s t r e ngt i ndi c a t or  w hi c h   i s   e xpr e s s e d   i n   m W   a nd   dB m     (w he m e a s uri n g),   t he   RS S ra nge   i s   - 30  dBm   (s t r e ngt s i gn a l a nd  - 120  dB m   (w e a k   s i gn a l ) .   In  t hi s   r e s e a rc h,   RS S of  L oR a   r a di o   s i gn a l s   w i l l   b e   a na l yz e w i t hi a   d i s t a n c e   o t h e   fr e e   s p a c e   a r e a   a nd  obs t a c l e   a re a     (t re e ,   bu i l d i ng ,   a nd   h i l l ).   T hi s   O bs t a c l e   w i l l   c a us e   a t t e nua t i o of  t h e   s i gna l   du e   t o   t h re e   fa c t ors ,     i . e ,   d i ffra c t i on ,   de t a i l e d   re f l e c t i on   a n s c a t t e ri n w i l l   b e   e xp l a i ne d   f urt h e r .   RS S i s   a l s o   c a us e by    S N (s i gna l   n oi s e   ra t i o)   [8]  w h i c i s   e xpr e s s e i uni t s   of  dB .   T he   S N R   ra nge   i s   - 20   dB  a nd   + 1 dB .     A   s i gna l   t h a t   i s   c l os e   t + 1 dB ,   s i gn a l   re c e p t i on   be c o m e s   p oor  or  s l i ght l c orrup t e d .   fu rt h e rm ore ,   In  ge n e ra l ,   t he   RS S f orm u l a   i s   s how n   i n   ( 1 ) .       RS S (dB m )= - 10n   l og1 0(d)   +   A   (1)     W he r e   va l ue   A   i s   t h e   s i gna l   s t re ng t a t   a   di s t a n c e   of   m e t e i n   un i t s   of   dB m   a nd   i s   t h e   va l ue   of  pa t h   l os s   e xpon e nt   va l ue   [ 28 ] .   m or e ov e r,   T hi s   RS S I   c a b e   d e v e l o pe i c a s e s   of  re s e a r c s u c a s   t he   c o a l   m i ne   unde rgr ound   l oc o m o t i v e   [ 4 ] ,   t h e   r e a s on   f or   t a ki n g   c a s e s   i n   t hi s   re s e a rc h   i s   b e c a us e   t he   p oor   e nvi r onm e nt   of  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   1693 - 6930   T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol V ol .   1 8 ,   N o.   2 A pri l   2 020:    649   -   6 60   652   c oa l   m i n e   und e rgrou nd,   s t h a t   i t   i s   d i ffi c ul t   t o   de t e r m i ne   t h e   pos i t i on   of  l o c om o t i v e   s t ha t   i t   c a n   be   s ol ve d   w i t h   a n   a p proa c h   t o   pos i t i o ni ng   a l gor i t h m .   T he   RS S I   a pp roa c t pa t l os s   (P L c a n   b e   s e e n   i n   ( 2 ) .     PL   ( ) =    ( 0 ) + 10       l o g 0 +    ( 2)     W he r e      ( )   i s   a   p a t h   l os s   f rom   t ra ns m i t t e r   t o   r e c e i v e r   a t   a   c e r t a i n   di s t a n c e   ( d),   0   i s   a   re f e re n c e   di s t a nc e   a t   m e t e r .   X σ   i s   a   ga us s i a n   di s t ri b ut i on   ra n dom   v a ri a b l e ,   w he re   t he   m e a n   or   a ve r a ge   i s   a nd   t he   s t a nd a rd   de vi a t i on  i s   σ   (4 - 10 ).   furt he r m or e ,   F r om   t h e   P L   for m ul a   a bo ve ,   i t   c a b e   s e e n   t h a t   t h e   v a l u e   of   RS S of   nod e   a t   di s t a n c e   i s   a s   i ( 3 ) .       ( ) =  +      ( )   (3)        i s   a   P ow e r   T r a ns m i t t e r ,     i s   a   ga i n   of   a nt e nn a   [29 ,   30] .   a nd   t he   RS S I   f orm u l a   i s   t h e   s a m e   a s   l ooki ng  f or  t he   v a l u e   of  A   ( 4 ) .     =  +      ( )   (4)     W he r e   A   i s   t he   RS S va l ue   a t   a   di s t a n c e   of   d_0   or   a   d i s t a nc e   of   m e t e r.   S t o   ge t   a n   e s t i m a t e   of   t h e   di s t a nc e   (d)  b e t w e e n   no de s   of   t h e   RS S I   p a r a m e t e a nd   A ,   i t   c a n   be   s e e n   i ( 5 ) .   T he   v a l u e   of  i s   p a t l os s   e xpon e n t     2 - 5,   e a c h   e nvi ro nm e nt   i s   di f fe r e nt   [ 28 ],   for   e x a m pl e ,   F re e   S p a c e ,   va l ue   i s   2.     = 10 ( (   ) / 10 ) 0   (5)     2. 2 . 4.   En e r gy   an d   p ow e r   s i gn a l s   O a   s i gn a l   x ( t )   c a be   know n   t h e   a v e ra ge   va l ue   of   e ne rg s i gna l   E   w i t h   ra ng e   <   E   <   ,   a s   i ( 6 ) .     = | ( ) | 2      ( 6 )     A nd  t o   g e t   a   pow e s i gna l   x(t )   0   <     for   a v e r a ge   pow e r,   s t a t e i n   ( 7 ) .     = l i m = 1 2 | ( ) | 2 T T      (7)     2. 2 . 5.   P ath Los s   (d B)   an d   atte n u at i on   s i gn al   L i n e a r   p a t h   l os s   c a b e   s t a t e d   w i t ( 8 ) ,   w h e re   a   P t   d e vi de d   a   P r .       P r   =     (8)     P a t h   L os s   c a a l s o   be   d e fi n e d   a s   dB,   w h e re   t h e   dB  va l ue   i s   n ot   n e g a t i ve ,   a s   i ( 9)     P L   dB   = 10   l o g 10            (9 )     F re e   s pa c e   e qu a t i on   c a n   be   e x pre s s e a s   fr i s s   fr e e   s pa c e   a s   i n   ( 10 ),     = 2 ( 4  ) 2   10     a   di s t a n c e   (d)  a ffe c t s   a   s i gn a l   s t re ngt h   a t   t h e   R e c e i v e (R x).   [29,   3 0 a c c ordi n gl y ,   t he   r e c e i ve s i gna l   s t r e ng t i s   e xpr e s s e by  t h e   p a r a m e t e   (m W or  d B.   In  ( 11 ) ,   t he   s i z e   of  t he   pow e r   re c e i ve r   ( i s   de t e r m i n e by     t he   pow e r   t r a ns m i t t e r   ( ),   ga i n   on   t he   t ra ns m i t t e (G t )   a nd   r e c e i v e r   ga i n   (G r)   a nd   t h e   l e ngt h   o t he   di r e c t     l i n e - of - s i g ht   (L O S ) .   i n   ( 11 )   t h e re   a re   2   c on di t i ons   w he r e     ds   (c ros s   ove r)  a nd   d   <   ds   ( c ros s   o ve r) .       = {       2 ( 4  ) 2       if     <   ,         2   2 4     if       ,   (11)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol         A   p e r f or m an c e   of   r ad i f r e qu e n c y   and   s i gna l   s t r e ng t h   of   L oR wi t h…   ( P u put   D ani   P r as e t y A d i )   653     (a )       (b )     F i gure   2 ( a )   F l ow c ha r t   of   t he   re s e a r c h   (b)   F l ow c ha r t   o A D a l gor i t h m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   1693 - 6930   T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol V ol .   1 8 ,   N o.   2 A pri l   2 020:    649   -   6 60   654           F i gure   3 .   BM E 280   s e ns o a nd   bl o c k   di a gra m   of   BM E 2 80  s e ns or           F i gure   4 .   RF 9 c hi p   for   L oRa   91 M H z   fr om   M e R L   ke y e n c e   V H X   di g i t a l   m i c ros c op e       T a b l e   1 RF M 95 W   s pe s i fi c a t i on   P a ra m e t e r   D e t a i l s   L i n k   Bu d g e t   Co n s t a n t   RF   O u t p u t   v s   V . S u p p l y   L o w   RX   Cu rre n t   M o d u l a t i o n   t y p e     D y n a m i c   Ra n g e   RS S I   P a c k e t   e n g i n e   1 6 8   d (M a x i m u m )   + 2 0   d Bm 1 0 0   m W   1 0 . 3   m A ,   2 0 0   n A   re g i s t e re t e n t i o n   F S K ,   G F S K ,   M S K ,   G M S K ,   L o Ra   T m   a n d   O O K   m o d u l a t i o n     1 2 7   d B   2 5 6   b y t e s   w i t h   CRC       2. 2. 6.     S i gn al   to   n oi s e   r ati o   (S N R )   of  LoR a   S i gna l   t o   no i s e   r a t i o   (S N R)   of   L oR a   i s   t he   a m o unt   of   s i gna l   re c e i ve d   or   s i gn a l   s t re n gt h   ( dB)   c om p a r e t no i s e   l e v e l .   S N c a n   be   us e d   t c l a s s i fy  s i gna l   s t re ngt h .   T he re for e ,   S N e qua t i o c a b e     s e e n   i n   ( 12 ) .     S N R_1 =          (  )        (  )   ( 1 2 )     a nd   t he   m a g ni t ude   of   S N R   i s   a l s o   i nfl u e n c e d   b y   Ch a nne l   g a i n ,   t he   a m o unt   of   c h a nn e l   g a i n   de p e nds   o   t he   fre que n c y   of   t h e   r a d i w a ve   t ra n s m i t t e (H z a nd   di s t a n c e   (d ).   In   ( 13 )   e x pl a i ns   a bo ut   t h e   c ha nne l   g a i n.     Channe l   gai n _1= 10   10   (   2 4 2 . 1 2 )      (13)         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol         A   p e r f or m an c e   of   r ad i f r e qu e n c y   and   s i gna l   s t r e ng t h   of   L oR wi t h…   ( P u put   D ani   P r as e t y A d i )   655   F rom   ( 13),   fur t h e rm o re   de ve l op  t o   (14) .       Channe l   gai n _2 = 10   10   (   2 4 2 )   20   10   ( )      (14)     In   ( 12 ) ,   re c e i ve   s i gn a l   pow e r   (dB i s   e qu a l   t o   t r a ns m i t   pow e m ul t i p l c h a nne l   g a i n,   t h e re f ore ,   t he   e qua t i on   be c o m e s   t o   ( 15 ) .     SNR _2 =        .      (  )        (  )   (1 5 )     T he r e for e ,   fro m   ( 14 ) ,   i t   c a n   b e   c onc l ud e t ha t   S N R   i s   i nfl ue nc e d   by   t h e   m a g ni t ude   of  ra d i w a ve   fr e que nc y   (H z a nd   di s t a n c e .   T he   fa rt h e t he   d i s t a n c e   b e t w e e n   T x   a nd  Rx ,   t h e   gr e a t e r   t he   s i gn a l   t o   noi s e   r a t i ( dB)  va l ue   m e a ns   t h e   g re a t e t he   i nt e rf e re n c e   t h a t   oc c urs   i t he   s i gna l   or  t h e   l ow e t h e   s i gn a l   re c e p t i o (RS S I)  (dB m ).     In  t h i s   c a s e ,   RS S ( dBm i s   a ffe c t e by  t he   N o i s e   va l ue   a n s i gna l   i nt e rf e re n c e .       2. 2 . 7.     LoR a   p a r am e t e r s   p a c k e t   L ora   P a c k e t   i s   i ni t i a l i z e d   w i t h   e x pl i c i t   he a d e r   a n d   i m pl i c i t   h e a d e r   m ode ,   e x pl i c i t   he a d e r   c o ns i s t s   of   pre a m b l e ,   h e a d e r,   pa yl o a d,   a nd   pa yl o a CR C,   w hi l e   i m p l i c i t   he a d e rm o de   c ons i s t s   of  pr e a m b l e ,   p a yl o a a nd   pa yl o a C RC.   O t h e i m por t a n t   p a ra m e t e rs   ow n e b L o Ra   a re   s pr e a di ng  f a c t or  (S F ) ,   b a ndw i d t h   (B W a nd   c ode   ra t e   (CR ),   t h e   v a l ue   of  C i s   1 - 4 .   S F   va l ue   i s   7 - 12 ,   t hi s   va l ue   i s   g i v e t L oR a   w h e n   t ra ns m i t t i ng   da t a   ba s e d   on   fa c t or  d i s t a nc e s   ( m ) .   Ba ndw i dt h   i s   a l s o   c a l l e d   RC   (Chi p   Ra t e )   L oR a   c ons i s t s   of   500   kH z ,   250   kH z   a nd   125   kH z .   furt he r m or e ,   t he   proc e s s   of   t r a ns m i t t i n g   L oR a   d a t a   i n   1   s e c o nd   e xpre s s e d   by   T S T S   c a l c u l a t i on   c a n   be   s e e n   i n   ( 16 ) .     T S = 2       (16)     F urt he r m or e ,   L oR a   d a t a   t r a ns m i s s i on   c a n   be   d e t e rm i n e pe r   1   s e c ond ,   w i t h   d i ffe r e n t   s pr e a di ng   f a c t or   va l ue s   t ha t   w i l l   produ c e   di f fe r e nt   da t a   t r a ns m i s s i on .   T he   ne x t   p a r a m e t e r   i s   t he   s ym bo l   r a t e   ( R S ).   R S   i s   fo r m ul a t e   a s   i n   ( 17 ) .     R S =  2      (17)     T he r e for e ,   fro m   ( 17 )   a   s y m bol   ra t e   c a b e   g e n e ra t e d .   S y m bol   r a t e   v a l u e s   d i ffe r   b a s e on  b a ndw i dt h   w i dt (K H z a nd   s pr e a d i ng   f a c t or   (S F ).   T h e   ne x t   pa r a m e t e r   i s   R b ,   R b   i s   t h e   da t a   r a t e   or   bi t   ra t e   (b ps ),   t hi s   pa ra m e t e r   i s   ve ry   i m port a n t   i n   t h e   a n a l ys i s   of  L oR a   d a t a   t r a ns m i s s i on  i ( 18 a nd   ( 19 ) ,   by  a na l yz i ng  t he   va l ue   of    R b   m e a ns   t h a t   i t   c a n   fi n o ut   t h e   Q u a l i t y   of   S e rv i c e s   (Q oS )   o L o Ra   da t a   t r a ns m i s s i on .     R b   =       2           (18)     R =      [ 4 4 +  ] [ 2   ]     1000   (19)     T oA   o T P ac ket =   T P r eam b l e + T P ay l ao d     (20)     T oA   or   t i m e   o a i r   (m s )   i s   t he   s um   of   t i m e   pr e a m b l e   a nd  t i m e   pa yl o a i s e c on un i t s .   A nd   t o   g e t     t he   va l ue   of     c a b e   s e e i ( 21 ) .     =   ( + 4 . 25   )   (21)     a s   for   ,   i t   c a b e   for m ul a t e i n   ( 22 ) .      =   ( +   m a x   (c e i l ((8P L - 4S F + 28 + 16C RC - 20H ) / 4(S F - 2D E ) )   ( C R+ 4) , 0))   (22)     2. 2 . 8.   P ac k e B M E2 80  s e n s or   d ata  d e l i ve r y   T he   BM E 280   s e ns or   da t a   t ra ns m i s s i on   i s   done   i n   2   w a ys ,   t he   fre e   s pa c e   p a t h   l os s   (F S P L )   m e t hod   a nd  obs t a c l e ,   obs t a c l e   h e r e   e . g ,   t r e e ,   b ui l di ng ,   hi l l   or   m ou nt a i n ,   f or  t he   r e s ul t i ng   ou t put   i s   t h e   re c e i ve r   s i gn a l   s t re ng t i nd i c a t or   (RS S ( - dB m pa r a m e t e r)   ),   for   m ore   d e t a i l s ,   a dd   t h e   S N R   (s i gn a l   no i s e   ra t i o   ( - dB) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   1693 - 6930   T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol V ol .   1 8 ,   N o.   2 A pri l   2 020:    649   -   6 60   656   pa ra m e t e r .   fu rt h e rm ore ,   s e ns or   da t a   BM E 280   e . g,   t e m p e r a t ur e   (D e gC),   ba r om e t r i c   pr e s s ure   (hP a ) ,   a nd  hum i di t y   (%) .   T he   o ut pu t   i s   ob t a i ne d   fro m   t h e   A rdu i no   s e ri a l   m oni t or   o n   t h e   t r a ns m i t t e r ,   r e c e i v e r ,   a nd   a ppl i c a t i on   s e rv e r   Io T   (T h i ngs pe a k) .   F i gur e   5   (a )   i s   s e ndi n g   T L oR a   915   M H z   d a t a   a t   fr e e   s p a c e   pa t h   l o ss  (F S P L a nd  F i gur e   5   (b)   i s   s e nd i ng   T x   L oRa   91 M H z   d a t a   w he obs t a c l e s   a re   pr e s e n t .           (a )         (b )     F i gure   5 ( a )   Com m un i c a t i on   T x   a nd  Rx  L oR a   915  M H z   on  F S P L ,     ( b )   Co m m uni c a t i o T a nd   Rx   L oRa   915   M H z   on   O bs t a c l e s       3.   R ES U LTS   A N D   A N A LY S I S     3. 1 .     R ad i o   f r e q u e n c L oR 9 15  M H z   w i th   s i gn al   an a l yz e r   F i gure s   6   ( a ) ,   6   ( b ) ,   7   ( a ) ,   a n d   7   ( b )   a re   v a ri o us   o ut pu t s   of  t he   RS A   34 08B   R e a l t i m e   S pe c t ru m   A na l y z e r   D C - G H z   D P X   t e c h nol o gy   e l e c t ron i c   a na l yz e r ,   s i gna l   L oRa   E 329 15T 2 0D   a t   fr e qu e nc y   9 15  M H z   a s   c e nt e v a l u e .   T h e re fore ,   t he   a n a l y z e r   re c ords   L oR a   t ra n s m i t t i ng   da t a   a c t i vi t a t   fr e qu e nc y   915  M H z   a s   c e n t e r   fr e qu e nc y ,   t h i s   s i gna l   s h ow s   s i g na l   L oR a   w i t h   r e c e i v e s e ns i t i v i t y   (dB m )   v a l u e   a nd   s i g na l   n oi s e     ra t i ( dB)  va l ue .   D a t a   ra t e   or  Bi t   r a t e   (Br)   i s   a l s o   de t e rm i n e d   by   t h e   S pr e a d i ng   F a c t or ,   fro m   t he   S pr e a d i ng  F a c t or  (S F )   pa ra m e t e r   a not h e r   pa r a m e t e r   c a be   obt a i n e d   e . g ,   P a yl o a d,   da t a   r a t e ,   bi t   ra t e ,   a nd  re c e i ve r   s e ns i t i vi t y.   M ore   ful l y ,   a bout   L o Ra   S pr e a di ng  F a c t or  a nd  D a t a   Ra t e   c a be   s e e i F i g ure   (a b)  s h ow s   t h e   re l a t i ons h i p   be t w e e n   L oR a   Ba ndw i dt a nd   S pr e a d   F a c t or   w hi c h   de t e rm i ne s   t he   s p e e d   o t r a ns m i t t i ng   L oRa   d a t a   or   t i m e   on  a i r   (m s )   a nd  de t e r m i n e s   t he   b i t   ra t e   (bps ) .   In   F i gur e   8( a c a n   b e   s e e n   t ha t   t he   12 kH z   Ba ndw i dt h a s     t he   l ong e s t   T i m e   on   A i r   of  24 65 . 79   m s   on  S pr e a d i ng   F a c t or   12,   a nd   t h e   b a ndw i dt h   of  500  kH z   i s   53 4. 53   m s .   m e a ni n t h a t   t h e   w i d e t he   ba ndw i dt t h e   f a s t e r   t h e   d a t a   t r a ns m i t s   e v e t hough  i t   i s   i n   S pre a di ng  F a c t or   12 .   In  t h i s   c a s e ,   B a ndw i dt h   de t e r m i ne s   t he   qu a l i t of  t he   re c e i vi ng   s i gn a l   fro m   t t Rx ,   t he   gr e a t e r     t he   b a ndw i d t h ,   t h e   be t t e t h e   qua l i t y   of   t h e   s i gn a l   pro duc e d.   T h e   va l ue   o T i m e   on   A i r   i s   s how n   i ( 20 ) furt h e rm o re ,   T h i ngs pe a k   A pp l i c a t i on   S e rve r ,   i n   t he   A p pl i c a t i on   s e r ve r   i m p ort a nt   d a t a   t h a t   c a n   b e   us e d     a s   a   ke i s   t h e   A ppl i c a t i on   P rogr a m m i ng   Int e rf a c e   (A P I),   i . e ,   W r i t e   A P a nd   R e a d   A P I.   t he r e for e ,   t he   s e ns or  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol         A   p e r f or m an c e   of   r ad i f r e qu e n c y   and   s i gna l   s t r e ng t h   of   L oR wi t h…   ( P u put   D ani   P r as e t y A d i )   657   da t a   out put   c a n   b e   s e e n   i n   F i gur e   9.   m or e ov e r,   RS S ( - d Bm )   s how s   a   v a l ue   of   - 34   dB m   a t   a   d i s t a nc e     of  1   m e t e r ,   for   fu rt h e r   a n a l ys i s   a   Re c e i v e r   Re c e i ve w i l l   b e   pl a c e d   a t   a   di s t a n c e   of   u p   t o   1   K m ,   t o   e ns ur e     t he   s t r e ng t h   of   L oRa   a t   a   gre a t   d i s t a nc e ,   a nd   t o   t he   F re e   S pa c e   a re a   (F i g ure   5( a ))   a nd   O bs t a c l e     (T re e ,   Bui l di n g,   H i l l ,   e t c . )   (F i g ure   5( b)).   F ro m   t he   c om p a ri s on   s i gna l s   i n   3   c ondi t i o ns ,   i . e .   F re e   S p a c e ,   Bui l d i ng   O bs t a c l e   a nd   H i l l + T r e e   O bs t a c l e ,   i t   w a s   c onc l ud e d   t ha t   Bui l di n g   a nd   H i l l   ha d   a   gre a t   v a l u e   i n   t e r m s   of  a t t e nua t i on .   F r e e   S p a c e   i s   t h e   l o w e s t   a t   a   di s t a nc e   of   w he i t   i s   c om p a r e t t h e   obs t a c l e ,   t hi s   i s   i nfl u e n c e d   by   t h e   Re f l e c t e d   s i gn a l   fa c t or,   d i ffra c t i on   s i gn a l ,   a nd   s c a t t e ri ng  s i gn a l   dur i ng   da t a   t r a ns m i s s i on   from   T r a ns m i t t e r   t o   R e c e i v e r   i n   F i gur e   5.               (a )   (b)     F i gure   6 ( a )   S i gn a l   L o Ra   915   M H z   w i t p e a s e t t i ng ,   ( b)  L o Ra   9 15  M H z   s i gna l   w i t h   t ra c e   bi t m a p               (a )   (b)     F i gure   7 .   ( a )   S i gn a l   L o Ra   w i t a   n orm a l   s e t t i ng ,   (b)   S i g na l   L oRa   w i t h   i nt e rm e di a t e   s ur ge s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   1693 - 6930   T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol V ol .   1 8 ,   N o.   2 A pri l   2 020:    649   -   6 60   658           (a )   (b)         (c )         (d)     F i gure   8 .   ( c )   RS S ( - dBm )   c om p a r i s on  r e s ul t   f rom   3   c on di t i o ns   p rop a ga t i o n ,     (d)  L oRa   R e c e i v e r   S e ns i t i v i t y   (dB m )   N F = 6   dB   (c ont i nue )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.