Comunicação LoRa cooperativa com codificação de rede
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
Texto Completo: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25874 |
Resumo: | Com a adoção generalizada de dispositivos de Internet das Coisas (IoT, do inglês Internet of Things), torna-se necessário o desenvolvimento de novas abordagens para ajudar a reduzir os efeitos de colisões no desempenho de redes baseadas na modulação LoRa, e, mais especificamente, em LoRaWAN. Tendo esse objetivo em vista, neste trabalho investiga-se o desempenho de um esquema fundamentado no conceito de cooperação e codificação de rede (NCC, do inglês Network Coded Cooperation) que se denomina NCC-LoRa. Nele, dispositivos trocam mensagens entre si em uma etapa dispositivo a dispositivo (D2D, do inglês Device to Device) por meio da modulação chaveamento de mudança de frequência (FSK, do inglês Frequency-Shift Keying) à alta taxa de transmissão de bits. Os dispositivos podem, então, auxiliar-se mutuamente para melhorar a confiabilidade da comunicação com a ponte de ligação (GW, do inglês GateWay) comum através da combinação linear em um campo finito das mensagens de cada parceiro de cooperação. Modela-se a probabilidade de sucesso na comunicação D2D a partir de duas componentes: a probabilidade de efetiva transmissão de dados, que computa falhas advindas da troca de dados, e a probabilidade de vizinhança, que depende de fatores associados à topologia da rede. Verifica-se, então, o desempenho da rede com o protocolo NCC-LoRa sob as métricas de alcance da rede e consumo médio de corrente elétrica por ciclo de transmissão. O resultados apontam que o esquema proposto pode fornecer ganhos consideráveis nesses quesitos quando comparado com uma típica transmissão LoRa e com um esquema baseado em retransmissão de pacotes. |
id |
UTFPR-12_673a069fa9b3ca0a5e8c933d1071bdd9 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/25874 |
network_acronym_str |
UTFPR-12 |
network_name_str |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
repository_id_str |
|
spelling |
2021-08-31T19:20:59Z2021-08-31T19:20:59Z2021-08-17ALVES, Luis Henrique de Oliveira. Comunicação LoRa cooperativa com codificação de rede. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25874Com a adoção generalizada de dispositivos de Internet das Coisas (IoT, do inglês Internet of Things), torna-se necessário o desenvolvimento de novas abordagens para ajudar a reduzir os efeitos de colisões no desempenho de redes baseadas na modulação LoRa, e, mais especificamente, em LoRaWAN. Tendo esse objetivo em vista, neste trabalho investiga-se o desempenho de um esquema fundamentado no conceito de cooperação e codificação de rede (NCC, do inglês Network Coded Cooperation) que se denomina NCC-LoRa. Nele, dispositivos trocam mensagens entre si em uma etapa dispositivo a dispositivo (D2D, do inglês Device to Device) por meio da modulação chaveamento de mudança de frequência (FSK, do inglês Frequency-Shift Keying) à alta taxa de transmissão de bits. Os dispositivos podem, então, auxiliar-se mutuamente para melhorar a confiabilidade da comunicação com a ponte de ligação (GW, do inglês GateWay) comum através da combinação linear em um campo finito das mensagens de cada parceiro de cooperação. Modela-se a probabilidade de sucesso na comunicação D2D a partir de duas componentes: a probabilidade de efetiva transmissão de dados, que computa falhas advindas da troca de dados, e a probabilidade de vizinhança, que depende de fatores associados à topologia da rede. Verifica-se, então, o desempenho da rede com o protocolo NCC-LoRa sob as métricas de alcance da rede e consumo médio de corrente elétrica por ciclo de transmissão. O resultados apontam que o esquema proposto pode fornecer ganhos consideráveis nesses quesitos quando comparado com uma típica transmissão LoRa e com um esquema baseado em retransmissão de pacotes.With the widespread adoption of Internet-of-Things (IoT) devices, new approaches to help countervene the effects of collisions in networks based on the LoRa modulation, and more specifically on LoRaWAN, are needed. With this objective in mind, this work investigates the performance of a scheme based on the concept of network coded cooperation (NCC) called NCC-LoRa. In it, devices exchange messages with each other in a Device to Device (D2D) fashion through Frequency Shift Keying (FSK) modulation under a high bit rate. The devices can then provide mutual assistance and improve communication reliability with the common GateWay (GW) by performing linear combinations over a finite field of the messages from each cooperating partner. The probability of success in the D2D communication is modeled from two components: the probability of effective data transmission, which computes failures arising from data exchange, and the neighborhood probability, which depends on factors associated with the network topology. Then, the performance of the network with NCC-LoRa is verified on the metrics of network range and average consumption of electric current per transmission cycle. The attained results show that the proposed scheme can provide considerable gains in these terms when compared to a typical LoRa transmission and to a scheme based on packet retransmission.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)porUniversidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática IndustrialUTFPRBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOESEngenharia ElétricaInternet das coisasModulação (Eletrônica)Sistemas de comunicação sem fioRedes locais sem fioMétodos de SimulaçãoInternet of thingsModulation (Electronics)Wireless communication systemsWireless LANsSimulation methodsComunicação LoRa cooperativa com codificação de redeNetwork-coded cooperative LoRa communicationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisCuritibaRebelatto, João Luizhttps://orcid.org/0000-0002-1682-2215http://lattes.cnpq.br/8633387185514637Brante, Glauber Gomes de Oliveirahttps://orcid.org/0000-0001-6006-4274http://lattes.cnpq.br/8347190422243353Rebelatto, João Luizhttps://orcid.org/0000-0002-1682-2215http://lattes.cnpq.br/8633387185514637Noronha Neto, Mario dehttp://lattes.cnpq.br/7006158843532073Souza, Richard Demohttps://orcid.org/ 0000-0002-7389-6245http://lattes.cnpq.br/6825512654223870https://orcid.org/0000-0001-9435-8756http://lattes.cnpq.br/5157138583114677Alves, Luis Henrique de Oliveirareponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPRORIGINALloracooperativacodificacaorede.pdfapplication/pdf3468203http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/25874/1/loracooperativacodificacaorede.pdfc01c18d67cad6de3e29c00cb494b9135MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8908http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/25874/2/license_rdf0175ea4a2d4caec4bbcc37e300941108MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81290http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/25874/3/license.txtb9d82215ab23456fa2d8b49c5df1b95bMD53TEXTloracooperativacodificacaorede.pdf.txtloracooperativacodificacaorede.pdf.txtExtracted texttext/plain116798http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/25874/4/loracooperativacodificacaorede.pdf.txt840ece3acae725997b580a099fc8f54bMD54THUMBNAILloracooperativacodificacaorede.pdf.jpgloracooperativacodificacaorede.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1221http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/25874/5/loracooperativacodificacaorede.pdf.jpgcd4610ab40d4b4b587440ef934c8eb9aMD551/258742021-12-15 22:15:23.338oai:repositorio.utfpr.edu.br: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ório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestopendoar:2021-12-16T00:15:23Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false |
dc.title.pt_BR.fl_str_mv |
Comunicação LoRa cooperativa com codificação de rede |
dc.title.alternative.pt_BR.fl_str_mv |
Network-coded cooperative LoRa communication |
title |
Comunicação LoRa cooperativa com codificação de rede |
spellingShingle |
Comunicação LoRa cooperativa com codificação de rede Alves, Luis Henrique de Oliveira CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES Internet das coisas Modulação (Eletrônica) Sistemas de comunicação sem fio Redes locais sem fio Métodos de Simulação Internet of things Modulation (Electronics) Wireless communication systems Wireless LANs Simulation methods Engenharia Elétrica |
title_short |
Comunicação LoRa cooperativa com codificação de rede |
title_full |
Comunicação LoRa cooperativa com codificação de rede |
title_fullStr |
Comunicação LoRa cooperativa com codificação de rede |
title_full_unstemmed |
Comunicação LoRa cooperativa com codificação de rede |
title_sort |
Comunicação LoRa cooperativa com codificação de rede |
author |
Alves, Luis Henrique de Oliveira |
author_facet |
Alves, Luis Henrique de Oliveira |
author_role |
author |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Rebelatto, João Luiz |
dc.contributor.advisor1ID.fl_str_mv |
https://orcid.org/0000-0002-1682-2215 |
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/8633387185514637 |
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv |
Brante, Glauber Gomes de Oliveira |
dc.contributor.advisor-co1ID.fl_str_mv |
https://orcid.org/0000-0001-6006-4274 |
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/8347190422243353 |
dc.contributor.referee1.fl_str_mv |
Rebelatto, João Luiz |
dc.contributor.referee1ID.fl_str_mv |
https://orcid.org/0000-0002-1682-2215 |
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/8633387185514637 |
dc.contributor.referee2.fl_str_mv |
Noronha Neto, Mario de |
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/7006158843532073 |
dc.contributor.referee3.fl_str_mv |
Souza, Richard Demo |
dc.contributor.referee3ID.fl_str_mv |
https://orcid.org/ 0000-0002-7389-6245 |
dc.contributor.referee3Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/6825512654223870 |
dc.contributor.authorID.fl_str_mv |
https://orcid.org/0000-0001-9435-8756 |
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/5157138583114677 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Alves, Luis Henrique de Oliveira |
contributor_str_mv |
Rebelatto, João Luiz Brante, Glauber Gomes de Oliveira Rebelatto, João Luiz Noronha Neto, Mario de Souza, Richard Demo |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES |
topic |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES Internet das coisas Modulação (Eletrônica) Sistemas de comunicação sem fio Redes locais sem fio Métodos de Simulação Internet of things Modulation (Electronics) Wireless communication systems Wireless LANs Simulation methods Engenharia Elétrica |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Internet das coisas Modulação (Eletrônica) Sistemas de comunicação sem fio Redes locais sem fio Métodos de Simulação Internet of things Modulation (Electronics) Wireless communication systems Wireless LANs Simulation methods |
dc.subject.capes.pt_BR.fl_str_mv |
Engenharia Elétrica |
description |
Com a adoção generalizada de dispositivos de Internet das Coisas (IoT, do inglês Internet of Things), torna-se necessário o desenvolvimento de novas abordagens para ajudar a reduzir os efeitos de colisões no desempenho de redes baseadas na modulação LoRa, e, mais especificamente, em LoRaWAN. Tendo esse objetivo em vista, neste trabalho investiga-se o desempenho de um esquema fundamentado no conceito de cooperação e codificação de rede (NCC, do inglês Network Coded Cooperation) que se denomina NCC-LoRa. Nele, dispositivos trocam mensagens entre si em uma etapa dispositivo a dispositivo (D2D, do inglês Device to Device) por meio da modulação chaveamento de mudança de frequência (FSK, do inglês Frequency-Shift Keying) à alta taxa de transmissão de bits. Os dispositivos podem, então, auxiliar-se mutuamente para melhorar a confiabilidade da comunicação com a ponte de ligação (GW, do inglês GateWay) comum através da combinação linear em um campo finito das mensagens de cada parceiro de cooperação. Modela-se a probabilidade de sucesso na comunicação D2D a partir de duas componentes: a probabilidade de efetiva transmissão de dados, que computa falhas advindas da troca de dados, e a probabilidade de vizinhança, que depende de fatores associados à topologia da rede. Verifica-se, então, o desempenho da rede com o protocolo NCC-LoRa sob as métricas de alcance da rede e consumo médio de corrente elétrica por ciclo de transmissão. O resultados apontam que o esquema proposto pode fornecer ganhos consideráveis nesses quesitos quando comparado com uma típica transmissão LoRa e com um esquema baseado em retransmissão de pacotes. |
publishDate |
2021 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2021-08-31T19:20:59Z |
dc.date.available.fl_str_mv |
2021-08-31T19:20:59Z |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2021-08-17 |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.citation.fl_str_mv |
ALVES, Luis Henrique de Oliveira. Comunicação LoRa cooperativa com codificação de rede. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25874 |
identifier_str_mv |
ALVES, Luis Henrique de Oliveira. Comunicação LoRa cooperativa com codificação de rede. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. |
url |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25874 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ info:eu-repo/semantics/openAccess |
rights_invalid_str_mv |
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UTFPR |
dc.publisher.country.fl_str_mv |
Brasil |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) instacron:UTFPR |
instname_str |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) |
instacron_str |
UTFPR |
institution |
UTFPR |
reponame_str |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
collection |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
bitstream.url.fl_str_mv |
http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/25874/1/loracooperativacodificacaorede.pdf http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/25874/2/license_rdf http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/25874/3/license.txt http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/25874/4/loracooperativacodificacaorede.pdf.txt http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/25874/5/loracooperativacodificacaorede.pdf.jpg |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
c01c18d67cad6de3e29c00cb494b9135 0175ea4a2d4caec4bbcc37e300941108 b9d82215ab23456fa2d8b49c5df1b95b 840ece3acae725997b580a099fc8f54b cd4610ab40d4b4b587440ef934c8eb9a |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) |
repository.mail.fl_str_mv |
|
_version_ |
1805923169239826432 |