Kajian Pemanfaatan IoT Berbasis LPWAN Untuk Jaringan Akuisisi Data ARG

One of parameters for observing weather elements is the amount of rainfall. The rainfall observation system is using ARG.  The existing condition uses cellular network-based IoT. In this study, researchers tried to provide an alternative communication system for ARG data acquisition networks using LPWAN-based IoT technology. Comparison of three LPWAN IoT technologies that can be applied to ARG communication systems, namely NB-IoT, Sigfox, and LoRaWAN. The three LPWAN technologies have followed the Republic of Indonesia Minister of Communication and Information Regulation No. 1 of 2019. These three technologies can be used for ARG data acquisition networks. LoRaWAN technology in rural areas reaches 20 km. LoRaWAN devices that meet frequency requirements have been sold freely on the internet with the 920 MHz frequency band. Of these three technologies, only LoRaWAN can be used to build private or internal communication networks. This is an added value for BMKG to build district or provincial scale LPWA WAN networks in regions that are constrained by the transmission of ARG data through cellular networks

Security analysis of IoT networks and platforms

With the recent increase in the adoption of Internet of Things (IoT) technology globally, cybersecurity-related issues have been raised, particularly with the limitations of IoT devices, privacy and other security standards guiding IoT development as wireless technology evolves. With the enterprise and the massive IoT market expected to reach $7.6 B and$1.2 B in 2024 respectively, according to Gartner, and several operational vertical IoT use cases and platforms experiencing cyber vulnerabilities. Based on the findings from our recent LPWANs IoT testbeds and their operational performance in certain use case scenarios, this paper summarizes the key wireless technology security requirements for IoT deployments. We first compare the security requirements of legacy and emerging IoT technologies as it relates to smart city applications and examined the effectiveness of the existing countermeasure opportunities as it affects the overall system performance in critical and non-critical machine type communications. We concluded by recommending countermeasures opportunities and frameworks to secure industrial IoT platforms to cope with future cybersecurity vulnerabilitie

Survey of IoT for developing countries : performance analysis of LoRaWAN and cellular NB-IoT networks

Recently, Internet of Things (IoT) deployments have shown their potential for aiding the realisation of the Sustainable Development Goals (SDGs). Concerns regarding how the IoT can specifically drive SDGs 6, 11 and 9 in developing countries have been raised with respect to the challenges of deploying licensed and unlicensed low-power wide area network (LPWAN) IoT technologies and their opportunities for IoT consumers and service providers. With IoT infrastructure and protocols being ubiquitous and each being proposed for different SDGs, we review and compare the various performance characteristics of LoRaWAN and NB-IoT networks. From the performance analysis of our networks, NB-IoT, one of the standardised promising cellular IoT solutions for developing countries, is more expensive and less energy-efficient than LoRaWAN. Utilising the same user equip-ment (UE), NB-IoT consumed an excess of 2 mAh of power for joining the network and 1.7 mAh more for a 44-byte uplink message compared to LoRaWAN. However, NB-IoT has the advantage of reliably and securely delivering higher network connection capacity in IoT use cases, leveraging existing cellular infrastructure. With a maximum throughput of 264 bps at 837 ms measured latency, NB-IoT outperformed LoRaWAN and proved robust for machine-type communications. These findings will help IoT consumers and service providers understand the performance differences and deployment challenges of NB-IoT and LoRaWAN and establish new research directions to tackle IoT issues in developing countries. With Nigeria as a case study, for consumers and organisations at a crossroads in their long-term deployment decisions, the proposed LPWAN integrated architecture is an example of the deployment opportunities for consumer and industrial IoT applications in developing countries

Distributed trustworthy sensor data management architecture

Abstract. Growth in Internet of Things (IoT) market has led to larger data volumes generated by massive amount of smart sensors and devices. This data flow must be managed and stored by some data management service. Storing data to the cloud results high latency and need to transfer large amount of data over the Internet. Edge computing operates physically closer to the user than cloud, offering lower latency and reducing data transmission over the network. Going one step forward and storing data locally to the IoT device results smaller latency than cloud and edge computing. Utilizing isolation technique like virtualization enables easy to deploy environment to setup the needed software functionalities. Container technology works well on lightweight hardware as it offers good performance and small overhead. Containers are used to manage server-side services and to give clean environment for each test run. In this thesis two data management platforms, Apache Kafka and MySQL-based MariaDB are tested on a IoT platform. Key performance parameters considered for these platforms are latency and data throughput while also collecting system resource usage data. Variable amount of users and payload sizes are tested and results are presented in graphs. Kafka performed similarly to the SQL-based solution with small differences.Hajautettu luotettava anturidatan hallintajärjestelmä. Tiivistelmä. IoT-markkinoiden kasvu on johtanut suurempien datamäärien luontiin IoT-laitteiden toimesta. Tuo datavirta täytyy hallita and varastoida datan käsittelypalvelun toimesta. Datan tallennus pilvipalveluihin tuottaa suuren latenssin ja tarpeen suurien datamäärien siirrolle Internetin yli. Fyysisesti lähempänä loppukäyttäjää oleva reunapalvelu tarjoaa pienemmän latenssin ja vähentää siirrettävän datan määrää verkon yli. Kun palvelu tuodaan vielä askel lähemmäksi, päästään paikalliseen palveluun, mikä saavuttaa vielä pienemmän latenssin kuin pilvi- ja reunapalvelut. Virtualisointitekniikka mahdollistaa helposti jaettavan ympäristön käyttöönottoa, mikä mahdollistaa tarvittavien ohjelmiston toimintojen asennuksen. Virtualisointitekniikoista kontit nousivat muiden edelle, koska IoT-laitteet omaavat suhteellisesti vähän muistia ja laskentatehoa. Kontteja käytetään palvelinpuolen palveluiden hallintaan sekä tarjoamaan puhtaan vakioidun ympäristön jokaiselle testikierrokselle. Tämä diplomityö käsittelee kahden tiedonhallinta-alustan: Apache Kafka ja MySQL pohjaisen MariaDB-tietokannan suorituskykyeroja IoT-alustan päällä. Kerätyt suorituskykymittaukset ovat latenssi ja tiedonsiirtonopeus mitaten samalla järjestelmän resurssien käyttöasteita. Vaihtelevia määriä käyttäjiä ja hyötykuormia testataan ja tulokset esitetään graafeissa. Kafka suoriutui yhtä hyvin kuin SQL ohjelmisto näissä testeissä, mutta pieniä eroja näiden välillä havaittiin

NB-IoT ja sen soveltuvuus paikannuksessa

Esineiden internet ja siihen liittyvät teknologiat ovat yksi langattomien verkkojen kasvavista sovellusalueista. Esineiden internetillä tarkoitetaan erilaisia laitteita, jotka on liitetty internetiin ja jotka kykenevät esimerkiksi havainnoimaan ympäristöään sensoreiden avulla. Laitteiden havainnoimaa dataa voidaan tallentaa sovelluskohtaisille palvelimille jatkokäsittelyä ja analysointia varten. Käyttökohteen mukaan IoT-laitteille (engl. Internet of Things) ja IoT-verkoille on olemassa erilaisia suunnitteluvaatimuksia ja ominaisuuksia. Yksi IoT:n sovellusalueista on vähäisen virrankulutusten ja kustannuksien, sekä pitkien välimatkojen etäisyyksillä toimivat LPWAN-verkot (engl. Low Power Wide Area Network). Pitkät kantamat mahdollistavat LPWAN-tekniikoille uusia käyttökohteita, sekä niitä voidaan toteuttaa erilaisin tavoin riippuen järjestelmän käyttötarkoituksista. Tämän työn tavoitteena oli selvittää pitkän kantaman IoT-verkoissa toimivien laitteiden, erityisesti NB-IoT-laitteiden (engl. Narrow Band Internet of Things) paikannuskykyä ja paikannuksen tarkkuutta. Tässä työssä käsiteltävä NB-IoT-teknologia hyödyntää LTE-tekniikkaa (engl. Long Term Evolution) tiedonsiirrossa ja kuuluu LPWAN-teknologioihin. Työ on toteutettu suurilta osin teoreettisena kirjallisuuskatsauksena erilaisiin IoT-teknologioihin keskittyen pitkän kantaman verkkoihin. Työssä on lisäksi toteutettu käytännön mittauksia, joissa pyrittiin selvittämään ja arvioimaan NB-IoT-verkon paikannuksen suorituskykyä ja toimivuutta. Työssä suoritetuissa mittauksissa havaittiin NB-IoT-laitteen paikannuksen sopivan hyvin tekniikan nykyisille käyttökohteille ja niiden vaatimuksille. Mittauksista voidaan myös todeta NB-IoT-laitteella tehdyn paikannuksen olevan toimiva niin kaupunkialueella kuin kaupunkialueen ulkopuolella. Pitkät kantamat IoT-laitteiden muodostamissa verkoissa tuottavat järjestelmään erilaisia haasteita. Matalat signaalitehot ja häiriöt tiedonsiirtokanavissa tekevät pitkien kantamien saavuttamisesta vaikeaa samalla, kun laitteiden virrankulutus ja kustannukset pyritään minimoimaan. Standardointi pitkien kantamien IoT-verkkojen ja erityisesti mobiiliverkkopohjaisten ratkaisujen kehityksessä pyrkii nyt ja tulevaisuudessa kehittämään mahdollisimman tehokkaita ratkaisuja ongelmien selvittämiseksi. Pitkien kantamien IoT-verkot voidaan toteuttaa käyttämällä joko olemassa olevaa verkkoinfrastruktuuria tai kaupalliset toimijat voivat toteuttaa omia ratkaisujaan. Markkinoiden painostus ja käyttökohteiden monimuotoistuminen edesauttavat alan jatkuvaa kehitystä ja täten standardointi voi olla paikoin hyvin nopeaa. Pitkän kantaman IoT-verkoille on olemassa erilaisia käyttökohteita ja sovellusalueita. Nykyisissä pitkien kantamien IoT-verkoissa, kuten NB-IoT-verkkojen tiedonsiirrossa, on usein pidempiä viiveitä kuin esimerkiksi matkapuhelinten tiedonsiirrossa. Myös tiedonsiirrossa lähetettävät datamäärät ovat usein pienempiä, joten tällaiset ominaisuudet asettavat reunaehtoja myös tekniikan käyttökohteille. Useimmiten pitkien kantamien IoT-tekniikat soveltuvat parhaiten erilaisiin mittaus- ja havainnointijärjestelmiin. Monissa mittaussovelluksissa pitkien kantamien IoT-tekniikoiden tiedonsiirto on tarpeeksi reaaliaikaista ja datamäärät säilyvät pieninä. Pitkien kantamien IoT-verkot toimivat hyvin myös haastavissa olosuhteissa, joissa WLAN-tekniikoiden (engl. Wireless Local Area Network) tiedonsiirtokyky heikkenee nopeasti. Tämän ominaisuuden vuoksi esimerkiksi NB-IoT-tekniikka soveltuu hyvin käytettäväksi myös kaupunkialueilla ja sisätiloissa. Käyttökohteiden kasvaessa pitkien kantamien IoT-tekniikoihin kehitetään uusia ominaisuuksia, jotka on toteutettu huomioiden laitteiden ja verkkojen rajoitukset. Esimerkiksi paikantaminen NB-IoT-tekniikassa on toteutettu soluverkkopohjaisesti eikä käyttämällä perinteisempiä satelliittiperusteisia järjestelmiä. Yksi suurimmista syistä soluverkkopohjaisen paikannuksen kehittämiselle satelliittiperusteisen järjestelmän sijaan on virrankulutuksen minimointi; satelliittiperusteiset järjestelmät, kuten GNSS (engl. Global Navigation Satellite System) vaativat toimiakseen huomattavasti enemmän virtaa päätelaitteelta suhteessa soluverkkopohjaiseen paikantamiseen. Paikannusominaisuus on tärkeä pitkien kantamien IoT-verkkojen kehityksessä ja se mahdollistaa useita uusia sovelluskohteita tekniikan hyödyntämiselle

Reliability optimization in narrowband device-to-device communication for 5G and beyond-5G networks

The 5G and beyond-5G (B5G) is expected to be a key enabler for Internet-of-Everything (IoE). The narrowband Internet of Things (NB-IoT) is a low-power wide-area enabling technology introduced by the 3rd Generation Partnership in 5G. The objective of the NB-IoT is to enhance the mobile coverage area by increasing the number of repetitions of control and data packets between user equipment (UE) and the base station/evolved NodeB (BS/eNB). While these repetitions improve data delivery for delay-sensitive applications, they degrade the efficiency of the already resource-constrained IoT system by increasing the system overhead and energy consumption. Moreover, NB-IoT devices in the edge region of the cellular coverage area require more repetitions, which augment energy consumption. In this study, we investigate device-to-device (D2D) communication for NB-IoT delay-sensitive applications, such as healthcare-IoT services, to use two-hop communication instead of using a direct uplink. An optimization problem is formulated to achieve an optimal end-to-end delivery ratio (EDR). In addition, this study incorporates Q-Learning-based reinforcement learning (RL) for the selection of an optimal cellular relay, which assists NB-IoT UE in uploading sensitive data to BS/eNB. The proposed RL-intelligent-D2D (RL-ID2D) communication methodology selects the optimum relay with a maximum EDR, which ultimately augments energy efficiency

Narrowband Internet of Things (NB-IoT): From Physical (PHY) and Media Access Control (MAC) Layers Perspectives

Narrowband internet of things (NB-IoT) is a recent cellular radio access technology based on Long-Term Evolution (LTE) introduced by Third-Generation Partnership Project (3GPP) for Low-Power Wide-Area Networks (LPWAN). The main aim of NB-IoT is to support massive machine-type communication (mMTC) and enable low-power, low-cost, and low-data-rate communication. NB-IoT is based on LTE design with some changes to meet the mMTC requirements. For example, in the physical (PHY) layer only single-antenna and low-order modulations are supported, and in the Medium Access Control (MAC) layers only one physical resource block is allocated for resource scheduling. The aim of this survey is to provide a comprehensive overview of the design changes brought in the NB-IoT standardization along with the detailed research developments from the perspectives of Physical and MAC layers. The survey also includes an overview of Evolved Packet Core (EPC) changes to support the Service Capability Exposure Function (SCEF) to manage both IP and non-IP data packets through Control Plane (CP) and User Plane (UP), the possible deployment scenarios of NB-IoT in future Heterogeneous Wireless Networks (HetNet). Finally, existing and emerging research challenges in this direction are presented to motivate future research activities

Survey Paper Artificial and Computational Intelligence in the Internet of Things and Wireless Sensor Network

In this modern age, Internet of Things (IoT) and Wireless Sensor Network (WSN) as its derivatives have become one of the most popular and important technological advancements. In IoT, all things and services in the real world are digitalized and it continues to grow exponentially every year. This growth in number of IoT device in the end has created a tremendous amount of data and new data services such as big data systems. These new technologies can be managed to produce additional value to the existing business model. It also can provide a forecasting service and is capable to produce decision-making support using computational intelligence methods. In this survey paper, we provide detailed research activities concerning Computational Intelligence methods application in IoT WSN. To build a good understanding, in this paper we also present various challenges and issues for Computational Intelligence in IoT WSN. In the last presentation, we discuss the future direction of Computational Intelligence applications in IoT WSN such as Self-Organizing Network (dynamic network) concept

Generación y evaluación de formas de onda en un transmisor 5G con agregación de señales banda ancha-estrecha

El objetivo del presente TFG es el estudio y evaluación de los nuevos esquemas de transmisión que surgen en los sistemas de comunicaciones móviles actualmente en desarrollo. En estos sistemas, además de los servicios clásicos de voz y datos, se requiere prestar una serie de servicios avanzados, como pueden ser los relativos a Internet of Things, comunicaciones vehiculares o comunicaciones para misión crítica, para los cuales se precisa integrar señales de banda ancha con otras de banda estrecha. Estos servicios se empezaron a introducir en los sistemas 4G debido a la versatilidad de la modulación OFDM y se espera que sean los de 5G los que den una respuesta completa a los mismos. Para la consecución de los objetivos expuestos, se proponen dos simuladores implementados en el entorno software Matlab que permiten generar las señales características del estándar 5G, agregadas con otras de distinta naturaleza. Ambos posibilitan la reconfiguración de una gran variedad de parámetros, especialmente aquellos de la capa física, por ser los más influyentes en lo que queremos analizar. Se incluyen, además, una serie de extras orientados a una caracterización más precisa de la realidad, como son el modelado de sistemas no lineales o del canal de transmisión. A partir de todo esto, se generarán diversos escenarios y se evaluará el comportamiento y prestaciones del sistema en base a medidas de linealidad y distorsión en banda.Por último, se determinará, a partir de los resultados obtenidos, cuáles serían las condiciones y configuraciones óptimas de transmisión según el caso, para escenarios avanzados en los que intervienen tanto señales de banda ancha como de banda estrecha, mejorando así la eficiencia y prestaciones de las comunicaciones.<br /