This master thesis deals with the design of beehive security system against unauthorized manipulation. The system uses LoRaWAN wireless communication technology for data transmission. The device records the movement of the beehive using an accelerometer and then locates the beehive using a GPS module. The low-energy system works via a battery-powered ESP32 microcontroller and is located on a beehive. The battery is charged using a solar panel. The system can be modularly expanded with additional sensors to monitor the condition of the bees. The device has been tested in practice, where it has been confirmed that it meets the required properties for securing beehives.

The goal of this individual assignment work has been to implement a experimental environment to load and stress test a virtualized LoRaWAN network together with a LoRa simulation tool through the use of open source software. By researching theory and open source software connected to IoT, LoRa, LoRaWAN, virtualization, simulation and monitoring a experimental environment was implemented for launching test scenarios to stress and load test the virtualized LoRaWAN network. The experimental environment is built on the researched and chosen software Proxmox, Chirpstack, Lorhammer, Prometheus, Grafana and Wireshark. The resulting implementation rendered measurable results in regards to system load, incoming network traffic and UDP errors handled by the Chirpstack Network server through simulated LoRa network scenarios configured for the Lorhammer simulation tool.

En översvämning kan inträffa när som helst och var som helst i världen. En översvämning börjar när vattennivån ökar, särskilt i dagvattenbrunnar i stadsområden. Genom att utnyttja de olika moderna teknologier som Internet of Things (IoT), förluster som orsakas av en översvämning kan minskas. Därför behövs en IoT-lösning för att övervaka vattennivån i brunnarna.Syftet med denna avhandling är att undersöka hur man konstruerar och implementerar ett IoT-baserat system som övervakar vattennivån för att bygga en prototyp med LoRaWAN teknologi. Konstruktionen av prototypen utförs genom att följa stegen i en iterativ systemutvecklingsmetod. Prototypen använder ett offentligt Lora-nätverk, särskilt The Things Network (TTN). Prototypens funktioner är att mäta vattennivån med en ultraljudssensor, sända mätdata via LoRa till TTN och visualisera data på en visualiserings plattform "Cayenne" i realtid. Systemet är testad i en laboratoriemiljö. Resultaten av den konstruerade prototypen visar att den mäter vattennivån och skickar mätdata när vattennivåns tillstånd ändras. Dessutom visualiseras datan på visualiserings plattformen Cayenne. / A flood may occur anytime and anywhere in the world. A flood starts when the water level increases, especially, in the wells in the urban areas. By taking advantage of the modern technology, such as Internet of Things (IoT), the losses caused by the flood can be reduced. Therefore, an IoT-solution is needed for monitoring the water level in the wells.The aim of this thesis is to investigate how to design and implement an IoT-based system that monitors the water level to build a prototype using LoRaWAN technology. Building the prototype is done by following the steps of an iterative system development method. The prototype uses a Lora public network, specifically The Things Network (TTN). The functions of the prototype are measuring the water level by an ultrasound sensor, sending the measurement data through LoRa to TTN, and visualizing the data on the "Cayenne" dashboard in real-time. The system is tested in a lab environment. The results of the constructed prototype show that the prototype measures the water level and sends the measurement data whenever the state of the water level is changed. Additionally, the data is visualized on the Cayenne dashboard.

This report examines and presents an effective way to alert the owner of a GPS device in case of theft in the agricultural sector. By implementing IR sensors that can be mounted under the object and monitor movements, the owner can receive a warning via SMS and email in case of a potential theft. The report also discusses any security risks associated with using LoRaWAN in IoT. The pre-study shows that grab and run is the most common theft method in agriculture. Signal jamming techniques are also a potential method, but there is no information specifically confirming their use in agriculture. The report presents an IoT solution with frequency hopping, encryption, and authentication that creates some security against interference. Tests in indoor environments have shown a working system, but more development and testing are needed to adapt the system to outdoor and agricultural environments where the components are farther apart. The report serves as a starting point for further development of a solution for practical use in the agricultural sector. / Denna rapport undersöker och presenterar ett effektivt sätt att larma ägaren till en GPS-enhet vid stöld i jordbrukssektorn. Genom att implementera IR-sensorer som kan monteras under objektet och övervaka rörelser, kan ägaren få en varning via SMS och e-post vid en potentiell stöld. Rapporten tar även upp eventuella säkerhetsrisker vid användning av LoRaWAN in om IoT. Förstudien visar att grab and run är den vanligaste stöldmetoden i jordbruket. Signalstörningstekniker är också en potentiell metod, men det finns ingen information som specifikt bekräftar användningen inom jordbruket. Rapporten presenterar en IoT-lösning med frekvenshoppning, kryptering och autentisering som skapar en viss säkerhet mot störningar. Tester i inomhusmiljö har visat på ett fungerande system, men det krävs mer utveckling och tester för att anpassa systemet till utomhusmiljöer och lantbruksmiljöer där komponenterna är längre ifrån varandra. Rapporten fungerar som en utgångspunkt för vidare utveckling av en lösning för praktisk användning i jordbrukssektorn.

The ongoing and evolving usage of networks presents two critical challenges for current and future networks that require attention: (1) the task of effectively managing the vast and continually increasing data traffic and (2) the need to address the substantial number of end devices resulting from the rapid adoption of the Internet of Things. Besides these challenges, there is a mandatory need for energy consumption reduction, a more efficient resource usage, and streamlined processes without losing service quality. We comprehensively address these efforts, tackling the monitoring and quality assessment of streaming applications, a leading contributor to the total Internet traffic, as well as conducting an exhaustive analysis of the network performance within a Long Range Wide Area Network (LoRaWAN), one of the rapidly emerging LPWAN solutions. / Die fortlaufende und sich weiterentwickelnde Nutzung von Netzwerken stellt zwei entscheidende Herausforderungen für aktuelle und zukünftige Netzwerke dar, die Aufmerksamkeit erfordern: (1) die Aufgabe, den enormen und kontinuierlich wachsenden Datenverkehr effektiv zu verwalten, und (2) die Notwendigkeit, die durch die Einführung des Internets der Dinge resultierende große Anzahl von Endgeräten zu bewältigen. Neben diesen Herausforderungen besteht ein zwingender Bedarf an einer Reduzierung des Energieverbrauchs, einer effizienteren Ressourcennutzung und von optimierten Prozessen ohne Einbußen bei der Servicequalität. Wir gehen diese Bemühungen umfassend an und befassen uns mit der Überwachung und Qualitätsbewertung von Streaming-Anwendungen, die einen wesentlichen Beitrag zum gesamten Internetverkehr leisten, sowie mit der Durchführung einer generellen Analyse der Netzwerkleistung innerhalb eines Long Range Wide Area Network (LoRaWAN), einer der am schnellsten wachsenden LPWAN-Lösungen.

The ongoing and evolving usage of networks presents two critical challenges for current and future networks that require attention: (1) the task of effectively managing the vast and continually increasing data traffic and (2) the need to address the substantial number of end devices resulting from the rapid adoption of the Internet of Things. Besides these challenges, there is a mandatory need for energy consumption reduction, a more efficient resource usage, and streamlined processes without losing service quality. We comprehensively address these efforts, tackling the monitoring and quality assessment of streaming applications, a leading contributor to the total Internet traffic, as well as conducting an exhaustive analysis of the network performance within a Long Range Wide Area Network (LoRaWAN), one of the rapidly emerging LPWAN solutions. / Die fortlaufende und sich weiterentwickelnde Nutzung von Netzwerken stellt zwei entscheidende Herausforderungen für aktuelle und zukünftige Netzwerke dar, die Aufmerksamkeit erfordern: (1) die Aufgabe, den enormen und kontinuierlich wachsenden Datenverkehr effektiv zu verwalten, und (2) die Notwendigkeit, die durch die Einführung des Internets der Dinge resultierende große Anzahl von Endgeräten zu bewältigen. Neben diesen Herausforderungen besteht ein zwingender Bedarf an einer Reduzierung des Energieverbrauchs, einer effizienteren Ressourcennutzung und von optimierten Prozessen ohne Einbußen bei der Servicequalität. Wir gehen diese Bemühungen umfassend an und befassen uns mit der Überwachung und Qualitätsbewertung von Streaming-Anwendungen, die einen wesentlichen Beitrag zum gesamten Internetverkehr leisten, sowie mit der Durchführung einer generellen Analyse der Netzwerkleistung innerhalb eines Long Range Wide Area Network (LoRaWAN), einer der am schnellsten wachsenden LPWAN-Lösungen.

The current focus on the Internet of Things (IoT) has led to the emergence of many network scenarios with unlimited use cases, including smart homes, smart cities, smart agriculture, and more. Unmanned aerial vehicles (UAVs), also known as drones, have become increasingly popular due to their versatility and ability to collect and transmit data through various sensors and cameras. With real-time data transmission, autonomy, and cost-effectiveness, UAVs have become valuable tools for different applications, including disaster management, agriculture monitoring, and remote area control. Low-power wide-area network (LPWAN) technology plays a crucial role in enabling IoT, and LoRaWAN is one of the specific LPWAN communication technologies that can provide low power consumption and coverage over a wide range. During a catastrophe, wireless communication is critical for analyzing damaged regions, coordinating rescue and relief team actions, saving lives, and reducing economic losses. UAVs can partially replace damaged or overloaded wireless networks as an alternative wireless network provider. This thesis aimed to simulate a LoRa network and investigate the relationship between the UAV coverage radius and elevation angle, as well as the effect of multipath distortion and signal attenuation on UAV and user distance. By calculating signal-to-noise ratio (SNR) and bit error rate (BER) for LoRa in a line-of-sight (LoS) and non-line-of-sight (NLoS) environment, we provided a comprehensive analysis of LoRaWAN performance in real-life environments for long distances. The results indicate that LoRaWAN communication is reliable in various environments, making it a promising technology for emergency and medical communications. / Det nuvarande fokuset på Internet of Things (IoT) har lett till uppkomsten av många nätverksscenarier med obegränsade användningsfall, inklusive smarta hem, smarta städer, smart jordbruk och mer. Obemannade flygfarkoster (UAV), även kända som drönare, har blivit allt populärare på grund av deras mångsidighet och förmåga att samla in och överföra data genom olika sensorer och kameror. Med realtidsdataöverföring, autonomi och kostnadseffektivitet har UAVs blivit värdefulla verktyg för olika applikationer, inklusive katastrofhantering, jordbruksövervakning och fjärrkontroll av områden. Low-power wide-area network (LPWAN)-teknik spelar en avgörande roll för att möjliggöra IoT, och LoRaWAN är en av de specifika LPWAN-kommunikationsteknikerna som kan ge låg strömförbrukning och täckning över ett brett spektrum. Under en katastrof är trådlös kommunikation avgörande för att analysera skadade regioner, koordinera räddnings- och hjälpteams åtgärder, rädda liv och minska ekonomiska förluster. UAV:er kan delvis ersätta skadade eller överbelastade trådlösa nätverk som en alternativ leverantör av trådlöst nätverk. Detta examensarbete syftade till att simulera ett LoRa-nätverk och undersöka sambandet mellan UAV-täckningsradien och höjdvinkeln, såväl som effekten av flervägsdistorsion och signaldämpning på UAV och användaravstånd. Genom att beräkna signal-brusförhållande (SNR) och bitfelsfrekvens (BER) för LoRa i en siktlinje (LoS) och icke-siktlinje (NLoS) miljö, gav vi en omfattande analys av LoRaWAN prestanda i verkliga miljöer för långa avstånd. Resultaten indikerar att LoRaWAN-kommunikation är tillförlitlig i olika miljöer, vilket gör den till en lovande teknik för akut- och medicinsk kommunikation.

Ligna Energy has developed a printable battery, called S-Power. It is based on research in organic electronics. In order to demonstrate the functionality of the new batteries, an IoT device was developed. The demonstrator consisted of a Sensor for temperature and relative humidity (RH), LoRWAN communication and a circuit for energy harvesting. Photovoltaic cells from Epishine were used in order to be able to harvest energy in low light conditions. At an illuminance of 200 lux, the demonstrator was able to sample the temperature and RH and send it by radio communication every two minutes. If no light at all is available, the demonstrator can sample data and send it every 30 minutes for over 12 hours. / <p>Examensarbetet är utfört vid Institutionen för teknik och naturvetenskap (ITN) vid Tekniska fakulteten, Linköpings universitet</p>

Les zones blanches étendues sont de vastes espaces géographiques (forêts, déserts), sans ou ayant très peu d’infrastructures telles que les routes, les réseaux électriques ou de télécommunication. Cependant, très souvent, dans ces zones se développent de nombreuses activités économiques ou environnementales telles que le monitoring de l’environnement, la surveillance d’une frontière ou d’une installation de pipeline, ou encore la prévention des feux de forêt. Grâce aux techniques de télédétection et de communication, une fonction clé de ces activités repose sur la collecte d’informations issues de capteurs qui sont transmises à un centre d’analyse distant. Nous proposons des solutions réseau afin d’effectuer la collecte de ces données dans les zones blanches étendues grâce à des technologies de communication longue distance et faible énergie, de type LoRaWAN. Pour le problème du déploiement du réseau de capteurs sans fil dans ces zones difficiles, nous avons proposé une heuristique inspirée de la croissance biologique d’un champignon, le physarum. Le physarum est capable de créer un corps complexe de liens pour trouver de la nourriture nécessaire à sa survie tout en optimisant ses propres ressources corporelles lors des périodes de disette. Ce principe d’optimisation a été adapté au domaine des réseaux pour déployer un réseau tolérant aux fautes, tout en minimisant le nombre de ressources ou relais à placer sur la zone d’intérêt. Nous nous sommes ensuite intéressés à la collecte opportuniste de données dans les zones blanches afin de pouvoir collecter l’information des nœuds trop éloignés d’une station relais. Nous avons développé une méthode de collecte basée sur les avions de ligne qui survole le territoire. Durant une fenêtre de communication, l’avion est à portée d’un capteur et peut ainsi collecter les données stockées qui seront livrées au serveur à l’atterrissage de l’avion. Notre dernière contribution utilise conjointement les deux méthodes précédentes, pour permettre à la fois le déploiement du réseau et la collecte des capteurs isolés. / Although wide white areas are not equipped or sparsely equipped with any infrastructure (energy, roads ...), strategic human activities are being carried out such as mines, forest, pipeline... To tackle the problem of deploying sensor networks in a very large area where few infrastructures are available, we propose a network deployment algorithm which aims at efficiently linking sparse points of interest in a very wide white area. The originality of the proposed method is that it mimics the evolution of a type of mold called physarum. Secondly, we aim at overcoming the deployment problem in wide white areas by using long range communication between an aircraft and earth. The new data collection scheme he proposes is based on the use of commercial flights to collect data while they cross over an area of interest. It investigates the feasibility of such a scheme by determining the collection capacity of commercial aircraft in different locations of the desert. Finally, we mixed both solutions do repatriate data from sensors not covered by any flight to a covered data sink that relays data to the aircraft.

This thesis is dedicated to measuring the communication performance of LoRa technology in an indoor environment and providing insight into its potential application as an effective Internet of Things (IoT) communication solution in Low Power Wide Area Networks (LPWAN). Through careful experimentation and analysis, we assessed various transmission parameters such as spreading factor (SF), bandwidth (BW), Payload Length (PL), and LoRaWAN classes. Performance metrics including Receive Signal Strength Indicator (RSSI), Signal-to-Noise Ratio (SNR), Round-trip time (RTT), and Goodput are measured to evaluate LoRa’s performance under different settings. The research question addressed is whether LoRa can be effectively used for indoor wireless communication. Our findings demonstrate that LoRa technology exhibits good transmission range, reliability, and cost-effectiveness in indoor environments, making it suitable for some indoor IoT applications. We also examined the impact of different LoRaWAN device classes and highlighted the importance of balancing the SF and BW to optimize communication performance. In conclusion, this thesis offers a comprehensive understanding of the communication performance of LoRa technology in indoor environments, providing valuable guidance for its practical application in indoor IoT communication. The research findings presented herein serve as a significant reference for future research endeavors in this field, enabling further advancements in the domain of LoRa-based wireless communication technologies for indoor IoT applications. / Denna avhandling ägnas åt att mäta kommunikationsprestanda för LoRa-teknik i en inomhusmiljö och ger insikt i dess potentiella tillämpning som en effektiv kommunikationslösning för Internet of Things (IoT) i Low Power Wide Area Networks (LPWAN). Genom noggranna experiment och analys utvärderade vi olika överföringsparametrar som spridningsfaktor (SF), bandbredd (BW), nyttolastlängd och LoRaWAN-enhetens klasser. Prestandametriker inklusive Receive Signal Strength Indicator (RSSI), Signal-to-Noise Ratio (SNR), Round-trip time (RTT) och Goodput mäts för att utvärdera LoRa’s prestanda under olika inställningar. Forskningsfrågan som behandlas är om LoRa effektivt kan användas för inomhus trådlös kommunikation. Våra resultat visar att LoRa-teknik uppvisar bra överföringsområde, tillförlitlighet och kostnadseffektivitet i inomhusmiljöer, vilket gör det lämpligt för vissa inomhus-IoT-applikationer. Vi undersökte också inverkan av olika LoRaWAN-enhet klasser och framhävde vikten av att balansera SF och BW för att optimera kommunikationsprestanda. Sammanfattningsvis erbjuder denna avhandling en omfattande förståelse för kommunikationsprestanda för LoRa-teknik i inomhusmiljöer, vilket ger värdefull vägledning för dess praktiska tillämpning inom inomhus IoT-kommunikation. De forskningsresultat som presenteras här fungerar som en betydande referens för framtida forskningsinsatser inom detta område, vilket möjliggör ytterligare framsteg inom området för LoRa-baserade trådlösa kommunikationstekniker för inomhus IoT-applikationer.