Computer modelling of LoRa network parameters using the FLoRa simulator

Abstract

Метою статті було дослідження та порівняння результатів обчислень параметрів мережі LoRa, отриманих за допомогою комп’ютерного моделювання, з результатами експериментальних вимірювань. Для досягнення мети було використано методи комп’ютерного моделювання втрат сигналу. Зокрема, у статті описано модифікацію симулятора FLoRa для оцінки втрат сигналу під час його поширення, виконання комп’ютерних симуляцій у FLoRa та порівняння отриманих результатів з даними, здобутими в ході експерименту. Також проведено порівняння значень RSSI, отриманих у процесі симуляції, з експериментальними значеннями. Розширено функціональні можливості програмного симулятора FLoRa шляхом додавання значень втрат потужності сигналу до таблиці результатів симуляції. З використанням програми FLoRa виконано симуляцію втрат потужності сигналу на шляху поширення на частотах 433 МГц, 868 МГц та 2,4 ГГц. Порівняльний аналіз показав, що результати симуляції для різних коефіцієнтів розподілення) та різних частот сигналу відповідають експериментальним даним. Встановлено, що в програмі значення потужності отриманого сигналу представлені як значення RSSI. Потужність сигналу на вході не відповідає значенням RSSI і залежить від конкретного типу мікросхеми приймача, тому методика розрахунку RSSI має бути скорегована. Підтверджено, що було б доцільно виводити в таблицю результатів як значення сигналу на вході приймача, так і значення RSSI. Для підвищення точності комп’ютерної моделі FLoRa, зокрема обчислення значень RSSI, запропоновано враховувати особливості вимірювання цих значень різними типами мікросхем приймачів LoRa. Отримані результати можуть бути використані для підвищення точності моделювання і відповідно якості проектування мереж на основі технології LoRa.

The purpose of this study was to investigate and compare the results of calculating the parameters of the LoRa network obtained by computer modelling with the results of experimental measurements. To fulfil this purpose, the methods of computer modelling of signal loss were used. Specifically, the study described a modification of the FLoRa simulator to estimate signal losses during propagation, perform computer simulations in FLoRa, and compare the findings obtained with the data obtained during the experiment. In addition, the RSSI values obtained in the simulation were compared with the experimental values. The functionality of the FLoRa software simulator was extended by adding signal power loss values to the simulation results table. Using the FLoRa software, the study simulated the signal power loss along the propagation path at frequencies of 433 MHz, 868 MHz, and 2.4 GHz. A comparative analysis revealed that the simulation results for different spreading factors and different signal frequencies correspond to the experimental data. It was found that the received signal power values are represented in the software as RSSI values. The signal power at the input does not correspond to the RSSI values and depends on the concrete type of receiver chip, and therefore the RSSI calculation methodology should be adjusted. It was confirmed that the results table should display both the signal strength at the receiver input and the RSSI value. To improve the accuracy of the FLoRa computer model, specifically, the calculation of RSSI values, it was proposed to consider the specific features of measuring these values by different types of LoRa receiver chips. The obtained findings can be used to improve the accuracy of modelling and, accordingly, the quality of designing networks based on LoRa technology.