Estratégias de alocação de recursos em redes LoRaWAN para inserção de alarmes : Resource allocation strategies in LoRaWAN networks for insertion of alarms

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos Filho, Francisco Helder Candido dos, 1973-
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1199
Resumo: Orientador: Paulo Cardieri
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Em particular, comparou-se o modelo matemático com simulações em nível de sistema para a tecnologia de longo alcance (LoRa), mostrando que a formulação proposta fornece uma aproximação precisa do desempenho em LoRa. Foi apresentado uma extensa análise do impacto de diferentes estratégias de alocação de fatores de espalhamento (SFs) para a rede LoRaWAN, considerando diferentes expoentes para a perda de percurso. Encontrou-se a melhor quantidade de usuários em cada SF, numericamente encontrada para todas as estratégias de alocação aqui consideradas. Em resumo, demonstramos que: (i) a formulação analítica para redes sem fio de acesso aleatório captura as principais compensações que determinam o desempenho da rede LoRaWAN, e (ii) há vários usuários para cada SF que maximiza a vazão da rede. Foi realizado um estudo para avaliar a coexistência das transmissões de telemetria e de alarme com base nos resultados encontrados para estratégias de alocação de recursos. As transmissões de telemetria tem características periódicas; em contraste, as transmissões de alarme são disparadas por eventos raros (aleatórios) que requerem comunicação altamente confiável. Para atingir o requisito de restrição para alocação de SF, estratégias de alocação de fator de espalhamento são propostas que tratam as transmissões de telemetria e de alarme de forma diferente e também são investigadas em retransmissão. As soluções propostas foram comparadas com um cenário de referência - onde nenhuma transmissão de alarme é considerado - usando simulação em nível de sistema. Os resultados mostram que é possível alcançar alta confiabilidade, com atraso razoavelmente baixo, para as transmissões de alarme sem afetar significativamente o desempenho das transmissões de telemetriaAbstract: In this work, new techniques are proposed to improve the performance of wireless random access networks similar to Pure ALOHA. The mathematical model used is motivated by the growth of low-power, long-range wireless networks (LPWAN) that employ random access protocols. In particular, the mathematical model was compared with system-level simulations for the long-range technology (LoRa), showing that the proposed formulation provides a precise approximation of the performance in LoRa. An extensive analysis of the impact of different Scattering Factor (SF) allocation strategies for the LoRaWAN network was presented, considering different exponents for path loss. The best number of users in each SF was found, numerically found for all allocation strategies considered here. In summary, we demonstrate that: (i) the analytical formulation for random access wireless networks captures the main tradeoffs that determine the performance of the LoRaWAN network, and (ii) there are multiple users for each SF that maximize the network throughput. A study was carried out to evaluate the coexistence of telemetry and alarm transmissions based on the results found for resource allocation strategies. Telemetry transmissions has periodic characteristics; in contrast, alarm transmissions is triggered by rare (random) events that require highly reliable communication. To achieve the restriction requirement for SF allocation, spreading factor allocation strategies that treat telemetry and alarm transmissions differently are proposed. To meet the constraint requirement for SF allocation, spreading factor allocation strategies are proposed that treat telemetry and alarm transmissions differently and are also investigated in retransmission. The proposed solutions were compared with a baseline scenario - where no alarm transmission is considered - using system-level simulation. The results show that it is possible to achieve high reliability, with reasonably low delay, for alarm transmissions without significantly affecting the performance of telemetry transmissionsDoutoradoTelecomunicações e TelemáticaDoutor em Engenharia Elétrica[s.n.]Cardieri, Paulo, 1964-Barros, Thiago Alencar Moreira dePortelinha Junior, Francisco MartinsMartins, José AntônioMeloni, Luís Geraldo PedrosoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSantos Filho, Francisco Helder Candido dos, 1973-20212021-10-22T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (131 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1199SANTOS FILHO, Francisco Helder Candido dos. Estratégias de alocação de recursos em redes LoRaWAN para inserção de alarmes: Resource allocation strategies in LoRaWAN networks for insertion of alarms . 2021. 1 recurso online (131 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1199. 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