Boosting Network Capacity in LoRaWAN Through Time-Power Multiplexing

Recently, the role of Low-Power Wide Area Networks (LPWANs) as enablers of the Internet of Things (IoT) is emerging. Contrary to what is commonly believed, despite they operate in unlicensed frequency bands, these technologies are subject to stringent spectrum usage regulations, in terms of both channel occupancy and transmission power. In this work, we focus on the LPWAN technology based on the Long-Range™ (LoRa) modulation, proposing a radically new approach with respect to the default Medium Access Control (MAC) procedure in LoRaWAN™, i.e., the protocol stack most widely used on top of LoRa. In particular, we describe and evaluate a new MAC protocol that exploits a novel operation mode called time-power multiplexing, to boost the capacity of LoRa networks. The simulation results show that, with respect to the default LoRaWAN MAC protocol, the proposed solution effectively increases the number of users that the network can sustain

Análise de desempenho de junção à rede via OTAA e uso de ciclo útil em redes LoRaWAN

Wireless networks with demands for coverage over long distances and low power are became more requested and used in several applications. Among these technologies, one of the most promising is the LoRa technology, together with the LoRaWAN protocol. However, so many internal parameters and external factors may be influencing the network performance, including the device’s joining procedure at the LoRaWAN network. Furthermore, for high density networks, the adoption of duty cycle limits are essential for a good operation. In order to mitigate this problem, three different strategies for duty cycle usage during transmissions of join request frames are proposed: exponential, linear and constant. Additionally, will be presented two additional strategies to improve the performance of join procedure, with the use of adaptative data rate and an adaptative random margin for duty cycle periods. For validation of the methods, internal and external network parameters will be evaluated, in order to assess the performance impact of the proposals, analyzed through experimental results, using real devices with focus on the join procedure.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorDissertação (Mestrado)Redes de comunicação sem fio com demandas por cobertura em longas distâncias e baixo consumo energético vem se tornando cada vez mais requisitadas e utilizadas em diversas aplicações. Dentre essas tecnologias, umas das mais promissoras é a tecnologia LoRa, juntamente com o protocolo LoRaWAN. No entanto, inúmeros parâmetros internos e fatores externos podem influenciar no desempenho da rede, incluindo no processo de associação dos dispositivos à rede LoRaWAN. Além disso, para redes com alta densidade de dispositivos, a adoção de limitações pelo uso do ciclo útil é essencial para seu bom funcionamento. Com o objetivo de mitigar esse problema, neste trabalho são propostas três estratégias diferentes para o uso do ciclo útil nas transmissões de quadros de junção à rede, ou join request, a saber: exponencial, linear e constante. Adicionalmente, também serão apresentadas mais duas propostas para melhoria no desempenho do processo de associação, com o uso de uma taxa de dados, ou data rate, adaptativo e a margem aleatória adaptativa do período do ciclo útil. Para validar os métodos serão alterados alguns parâmetros internos e externos da rede afim de avaliar o impacto das propostas quanto ao desempenho, analisados através de resultados experimentais, utilizando dispositivos reais e com foco no processo de associação à rede