Ανάλυση και προσομοίωση πρωτοκόλλων TDMA για δίκτυα LoRa
Creators: name: Σταυρίδης, Βασίλειος Γρηγόριου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Διαδίκτυο των Πραγμάτων (IoT)
LoRa
TDMA
LoRaWAN
Wake-up Radio (WUR)
IoT

description: Η ραγδαία ανάπτυξη του Internet of Things (ΙοΤ) καθώς και η καθημερινή προσθήκη νέων συσκευών στο δίκτυο προσφέρει μια πληθώρα εφαρμογών και νέων τρόπων συνδεσιμότητας. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα κάποιες υλοποιήσεις να παρουσιάζουν αυξημένες απαιτήσεις όσον αφορά την αξιοπιστία και την καθυστέρηση. Ταυτόχρονη εξέλιξη με το IoT γνωρίζει το ασύρματο δίκτυο αισθητήρων, προσφέροντας κάποιες καινοτόμες υλοποιήσεις βοηθώντας στον τομέα της δικτύωσης, όπως τα Wake-up Radios (WUR). Στο πλαίσιο αυτό, η τεχνολογία LoRa αποτελεί ένα δίκτυο χαμηλής ισχύος και ευρείας περιοχής (LPWAΝ) και ιδανικά μπορεί να εφαρμοστεί σε πολλά σενάρια χρήσης. Το LoRaWAN είναι το πρωτόκολλο δικτύωσης, πάνω από το φυσικό στρώμα LoRa και συνδυαστικά προσφέρουν μεγάλη εμβέλεια και μικρή κατανάλωση ενέργειας με κόστος την ταχύτητα και τον χρόνο μετάδοσης. Επομένως σε κάποιες πιο απαιτητικές εφαρμογές μπορούν να εμφανιστούν ζητήματα απόδοσης. Πρόταση που μπορεί να βελτιώσει την λειτουργία των δικτύων LoRa αποτελεί η εφαρμογή TDMA τεχνικής στο MAC επίπεδο, ενώ έχει αποδειχθεί ότι η χρήση ενός OnDemand TDMA πρωτοκόλλου μπορεί να μειώσει τον επιπρόσθετο χρόνο κατά τις μεταδόσεις. Η εργασία αυτή επικεντρώνεται στην μελέτη OnDemand TDMA πρωτοκόλλων σε δίκτυα LoRa, προκειμένου να επισημανθεί η χρονική καθυστέρηση που παρουσιάζουν. Για να εξεταστεί η συμπεριφορά των πρωτοκόλλων αναπτύχθηκαν δυο προσομοιωτές με βασική λειτουργία την δημιουργία και μετάδοση πακέτων σύμφωνα με καθορισμένο πρόγραμμα μετάδοσης. Επιπλέον βασικό πλεονέκτημα του πρωτοκόλλου είναι η χρήση τεχνολογιών WUR αλλάζοντας τον καθορισμένο τρόπο επικοινωνίας στα LoRa. Τέλος, αξιολογήθηκαν τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις προσομοιώσεις και κρίθηκε η αποτελεσματικότητα του πρωτοκόλλου για εφαρμογές χαμηλής καθυστέρησης.
description: The rapid growth of the Internet of things (IoT) and the daily additions of new devices to the network offers a plethora of applications and new ways of connectivity. As a result, some implementations have increased the requirements in terms of reliability and latency. Simultaneous evolution with the IoT is experienced by the wireless sensor network, offering some innovative implementations helping the field of networking, such as Wake-up radios (WUR). In this context, LoRa technology is a low power and wide area network (LPWAN) and ideally can be applied in many usage scenarios. LoRaWAN is the networking protocol over this natural layer and combined they offer long range and low power consumption of energy at the cost of speed and transmission time. Therefore, in some more demanding applications performance issues can occur. A proposal that can improve the operation of lora networks is the implementation of tdma technique at the MAC layer, and it has been shown that the use of an OnDemand tdma protocol can reduce the additional time during transmissions. This paper focuses on the study of OnDemand tdma protocols in lora networks in order to highlight the time delay they introduce. To examine the behavior of the protocols, two simulators were developed with the main function of generating and transmitting packets according to a defined transmission schedule. In addition, key advantage of the protocol is the use of WUR technologies changing the defined communication mode in LoRa. Finally, the results that were obtained from the simulations were evaluated and the effectiveness of the protocol for low latency applications was judged.