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dc.creatorSallum, Eduardo El Akkari-
dc.date.accessioned2020-11-02T17:25:14Z-
dc.date.available2020-11-02T17:25:14Z-
dc.date.issued2020-06-30-
dc.identifier.citationSALLUM, Eduardo El Akkari. Otimização de gerenciamento de recursos de rádio em redes LoRa. 2020. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2020.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5407-
dc.description.abstractLow Power Wide Area Networks (LPWAN) enable a growing number of Internet-of-Things (IoT) applications with large geographical coverage, low bit-rate, and long lifetime requirements. LoRa (Long Range) is a well-known LPWAN technology that uses a proprietary Chirp Spread Spectrum (CSS) physical layer, while the upper layers are defined by an open standard - LoRaWAN. In this work, we propose a simple yet effective method to improve the Qualityof-Service (QoS) of LoRaWAN networks by fine-tuning specific radio parameters. Through a Mixed Integer Linear Programming (MILP) problem formulation, we find optimal settings for the Spreading Factor (SF) and Carrier Frequency (CF) radio parameters, considering the network traffic specifications as a whole, to improve the Data Extraction Rate (DER) and to reduce the packet collision rate and the energy consumption in LoRa networks. The effectiveness of the optimization procedure is demonstrated by simulations, using LoRaSim for different network scales. About the traditional LoRa radio parameter assignment policies, our solution leads to an average increase of 6% in DER, and a number of collisions 13 times smaller. In comparison to networks with dynamic radio parameter assignment policies, there is an increase of 5%, 2.8%, and 2% of DER, and a number of collisions 11, 7.8 and 2.5 times smaller than equal-distribution, Tiurlikova’s (SOTA), and random distribution, respectively. Regarding the network energy consumption metric, the proposed optimization obtained an average consumption similar to Tiurlikova’s, and 2.8 times lower than the equal-distribution and random dynamic allocation policies. Furthermore, we approach the practical aspects of how to implement and integrate the optimization mechanism proposed in LoRa, guaranteeing backward compatibility with the standard protocol.pt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.subjectInternet das coisaspt_BR
dc.subjectSistemas de comunicação sem fiopt_BR
dc.subjectProgramação linearpt_BR
dc.subjectServiços ao clientept_BR
dc.subjectDesempenho - Avaliaçãopt_BR
dc.subjectInternet of thingspt_BR
dc.subjectWireless communication systemspt_BR
dc.subjectLinear programmingpt_BR
dc.subjectCustomer servicespt_BR
dc.subjectPerformance - Evaluationpt_BR
dc.titleOtimização de gerenciamento de recursos de rádio em redes LoRapt_BR
dc.title.alternativeOptimization of radio resource management in LoRa networkspt_BR
dc.typemasterThesispt_BR
dc.description.resumoAs redes de longa distância e baixa potência (LPWAN) permitem um número crescente de aplicativos de Internet das Coisas (IoT) com grande cobertura geográfica, baixa taxa de bits e requisitos de longa vida útil. LoRa (Long Range) é uma tecnologia LPWAN que utiliza a camada física proprietária Chirp Spread Spectrum (CSS), enquanto as camadas superiores são definidas por um padrão aberto - LoRaWAN. Nesta dissertação, propomos um método simples, porém eficaz, para melhorar a Qualidade-de-Serviço (QoS) das redes LoRaWAN ajustando parâmetros de rádio específicos. Através da formulação de um problema Programação Linear Inteira Mista (MILP), encontramos as configurações ideais para os parâmetros de rádio Spreading Factor (SF) e Carrier Frequency (CF), considerando as especificações de tráfego da rede como um todo, para aumentar o Data Extraction Rate (DER), reduzir a taxa de colisão de pacotes e o Consumo de Energia de Rede LoRa. A eficácia do procedimento de otimização é demonstrada por simulações, usando o simulador LoRaSim para diferentes escalas de rede. Em relação às políticas tradicionais de atribuição de parâmetros de rádio LoRa, nossa solução obteve a um aumento médio de 6% no DER e uma taxa de colisões de pacotes 13 vezes menor. Em comparação com redes com políticas de atribuição dinâmica de parâmetros de rádio, há um aumento de 5%, 2,8% e 2% de DER e um número de colisões 11, 7,8 e 2,5 vezes menor que distribuição igualitária, Tiurlikova e aleatória, respectivamente. Em relação à métrica Consumo de Energia da Rede, a otimização proposta obteve um consumo médio semelhante ao Tiurlikova’s e 2,8 vezes menor que as políticas de alocação dinâmica distribuição igualitária e aleatória. Além disso, abordamos os aspectos práticos de como implementar e integrar o mecanismo de otimização proposto no LoRa, garantindo retrocompatibilidade com o protocolo padrão.pt_BR
dc.degree.localPonta Grossapt_BR
dc.publisher.localPonta Grossapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0002-9478-9457pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/0385166498896421pt_BR
dc.contributor.advisor1Santos, Max Mauro Dias-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0001-7877-3554pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6212006974231025pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Pereira, Nuno Alexandre Magalhães-
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0003-0630-9634pt_BR
dc.contributor.referee1Silva Filho, Abel Guilhermino da-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-7876-2756pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8983932189780223pt_BR
dc.contributor.referee2Foronda, Augusto-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0003-2253-2924pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/7103296555987124pt_BR
dc.contributor.referee3Pacheco, Mauricio Zadra-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-7188-4400pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/6951148118690656pt_BR
dc.contributor.referee4Santos, Max Mauro Dias-
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0001-7877-3554pt_BR
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/6212006974231025pt_BR
dc.contributor.referee5Leme, Murilo Oliveira-
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000-0001-7007-2083pt_BR
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/8855126358190571pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computaçãopt_BR
dc.publisher.initialsUTFPRpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOpt_BR
dc.subject.capesEngenharia/Tecnologia/Gestãopt_BR
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