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CPGEI (Mestrado): Felipe Gonsalez Honório - 26/03/18

Defesa Pública de Mestrado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 26/03/2018
das 09h30 até 12h30
Onde Sede Central: Sala C-301
Nome do Contato Prof. Glauber Gomes de Oliveira Brante
Participantes Prof. Glauber Gomes de Oliveira Brante, Dr. Orientador - UTFPR
Prof. Guilherme Luiz Moritz, Dr. Co-orientador - UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Glauber Gomes de Oliveira Brante , Dr. Presidente - UTFPR
Prof. Mauro Sergio Pereira Fonseca, Dr. - UTFPR
Prof. Evelio Martin Garcia Fernandez, Dr. - UFPR
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Efeito do Desvanecimento Nakagami-m na Escalabilidade das Redes LoRa/LoRaWAN
Resumo: No contexto de Internet da Coisas (IoT em inglês Internet of Things) , este trabalho contempla um estudo da escalabilidade de uma rede de sensores sem fio LoRa/LoRaWAN em ambientes com desvanecimento. Para isto, através de simulações computacionais foi averiguado o efeito do desvanecimento modelado por um canal Nakagami-m com m=2 na quantidade máxima de nós que pode ser colocada em uma determinada região para que a taxa de extração de dados seja compatível com os requisitos de uma aplicação. Os resultados mostram que a escalabilidade da rede LoRa diminui consideravelmente, com a quantidade de dispositivos reduzidas em de 3 a 6% para no canal Nakagami-m com m=2, característico de cenários com uma parcela grande de linha de visada, de 9 a 18% em canais Nakagami-m com m=1, equivalente ao canal rayleigh que não apresenta linha de visada em comparação com o canal AWGN. Além disso, foi demonstrado que existe um fator de espalhamento ótimo que depende da densidade de nós da rede e do duty cycle. Com fatores de espalhamento menores, observa-se que a quantidade de erros devido às perdas por desvanecimento é dominante na quantidade de erros total, representando mais de 86% dos casos de perda de pacotes. Entretanto, quando o fator de espalhamento aumenta, a robustez do receptor aumenta, consequentemente reduzindo a probabilidade de erro em função do desvanecimento. Por outro lado, a quantidade de colisões começa a se tornar significativa, uma vez que o tempo de propagação de cada símbolo aumenta com o SF.
Palavras-chave: LoRa, LoRaWan, desvanecimento.,escalabilidade

Effect of Nakagami-m Fading on the Scalability of LoRa/LoRaWAN Networks
Abstract: In the context of Internet of Things (IoT), this work studies the scalability of LoRa/ LoRaWAN wireless sensor networks in fading environments. To that end, we employ computer simulations in order to look at the effect of the wireless fading modeled by a Nakagami-m distribution on the maximum number of nodes that can be placed in a given region, constrained to a minimal data extraction rate compatible with real applications. The results show that the scalability of the LoRa network decreases considerably, with the number of devices reduced from 3 to 6% for the Nakagami-$m$ channel with m = 2, characteristic of line-of-sight scenarios, and of 9 to 18% in Nakagami-m channels with m = 1, equivalent to the Rayleigh channel without line-of-sight, compared to the AWGN channel. In addition, it has been shown that there is an optimal spreading factor (SF) that depends on the network node density and duty cycle. With smaller SFs it is observed that the amount of errors due to fading losses is dominant in the total amount of errors, representing more than 86% of packet loss cases. However, when the SF increases, the robustness of the receiver also increases, consequently reducing the probability of error in function of the fading. On the other hand, the number of collisions begins to become significant, since the propagation time of each symbol increases with the SF.
Keywords: LoRa, LoRaWAN, Scalability Fading

Lista de publicações:

HONORIO, F., Brante G., Moritz GL., Noronha-Neto, M., Hoeller A., Souza, RD. . Effect of Nakagami-m Fading on the Scalability of LoRa/LoRaWAN Networks. SIM 2018 - 33rd South Symposium on Microelectronics (submetido), Curitiba, 2018

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