Low-Power Wide Area Networks (LPWANs) has enriched the IoT ecosystem with new features and application scenarios. LPWANs offer long range communication and can be used to connect devices that are divided by long distances and offer connectivity to remote areas where cellular networks are not accessible. They utilize their long range, low-power robust communication to enable popular application scenarios, such as smart cities and smart agriculture.

However, the environment that most of these networks operate in is unlicensed spectrum, which might be crowded and noisy due to the co-existence of other networks and technologies that operate in the same frequency band. Therefore, one of the goals of this thesis is to investigate the degree of robustness in LPWANs and propose seamless mechanisms that ensure robust communication in case of high degree of interference. Another goal is to support application scenarios in sports technology and health, which require robust and long-range communication. Hence, the second goal of this thesis is to explore how to take advantage of the robust communication that LPWANs offer, and use it in application scenarios in sports technology and health.

To realize the aforementioned goals, this thesis is quantifying the tolerance level of LPWANs in high interference level environments and suggests methods that will make the co-existence of these networks more sustainable. It also demonstrates that LPWANs can be used in healthcare and safety contexts with a use case of a long-range emergency system. Finally, this thesis provides evidence that LPWAN is a good fit for sports technology applications as it presents a use case where long range time synchronization is offered for a kayak training application using LPWAN.

Energisnåla långdistansnätverk, på engelska Low-Power Wide Area Networks (LPWAN), har berikat IoT-ekosystemet med nya funktioner och möjliga tillämpningsområden. LPWAN erbjuder trådlös kommunikation med lång räckvidd och kan användas för att ansluta apparater som är långt ifrån varandra samt erbjuder uppkoppling till avlägsna områden där mobilnätet inte är tillgängligt. De använder sin långa räckvidd, låga strömförbrukning, och robusta kommunikation till att möjliggöra populära tillämpningsområden, så som smarta städer och smart jordbruk.

Dock använder de flesta av dessa nätverk olicensierat spektrum, vilket kan vara trångt och fullt med andra nätverk och tekniker som använder samma frekvensband. Därför är ett av målen med denna avhandling att undersöka graden av robusthet hos LPWANs och föreslå smidiga mekanismer som säkerställer robust kommunikation även vid stora störningar från andra nätverk. Ett annat mål är att stödja applikationsscenarier inom sportteknologi och hälsa, vilka kräver robust kommunikation med lång räckvidd. Därför är det andra målet med denna avhandling att utforska hur man kan dra nytta av den robusta kommunikationen som LPWAN erbjuder och använda den i tillämpningar inom idrottsteknologi och hälsa.

För att möta de ovannämnda målen, så börjar denna avhandling med att kvantifiera toleransnivån hos LPWAN när de använder spektrum med mycket interferens, för att sedan föreslå nya metoder som gör samverkan mellan dessa nätverk mer hållbar. Avhandlingen visar också att LPWAN kan användas i hälso- och säkerhetssammanhang med ett användarfall på ett personlarmsystem med lång räckvidd. Slutligen ger denna avhandling bevis på att LPWAN passar bra till applikationer inom sportteknologi eftersom ett användarfall presenteras där tidssynkronisering över långa avstånd implementerats i ett kajakträningsprogram med hjälp av LPWAN.