Alocação conjunta de potência e fator de espalhamento em redes LoRaWAN com múltiplos gateways

Abstract

Com o surgimento e popularização do conceito de Internet das Coisas (IoT), surgiram muitas aplicações que necessitam de dispositivos comunicando com uma estação base a uma longa distância, com baixo consumo energético e baixo custo. Para re- solver estes desafios surgiram as LPWANs, redes de comunicação entre máquinas justamente com foco em longo alcance e baixo consumo. Uma das principais redes desta nova classe é LoRaWAN, que tem obtido uma grande aceitação comercial e re- levância acadêmica. Alguns dos tópicos mais investigados pela comunidade científica dentro deste escopo são a capacidade de cobertura e formas eficientes de melhorar o desempenho deste tipo de rede. Nesta linha, este trabalho propõe um algoritmo que, comparado com um método de referência, otimiza a potência de transmissão e o fator de espalhamento dos nós de uma rede LoRaWAN em cenários com múltiplos gateways para minimização do consumo energético. Também foi observado que o al- goritmo proposto produz uma maior homogenização na capacidade de comunicação entre os nós da rede. Além disso, para facilitar a avaliação do método proposto, foi desenvolvido um simulador de código aberto.

Abstract: With the emergence and popularization of the Internet of Things (IoT) concept, many applications have appeared which require devices that communicate with a base sta- tion over a long distance, with low energy consumption and at low cost. To solve these challenges, the LPWANs have emerged: communication networks between machines precisely focused on long range and reduced power consumption. One of the most important networks of this kind is LoRaWAN, which has achieved great commercial acceptance and academic relevance. Some of the main topics within the scientific community in this scope are coverage capacity and efficient methods to improve the performance of this type of network. In this line of study, this work proposes an algo- rithm that, compared with a reference method, optimizes the transmission power and the spreading factor of the nodes of a LoRaWAN network in scenarios with multiple gateways to minimize energy consumption. It was also observed that the proposed al- gorithm produces a greater homogenization in the communication capacity among the network node. In addition, in order to facilitate the evaluation of the proposed method, an open source simulator was developed.