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Título: Comunicação LoRa cooperativa com codificação de rede
Título(s) alternativo(s): Network-coded cooperative LoRa communication
Autor(es): Alves, Luis Henrique de Oliveira
Orientador(es): Rebelatto, João Luiz
Palavras-chave: 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
Data do documento: 17-Ago-2021
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: 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.
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.
Abstract: 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.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25874
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