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Título: CSMA adaptativo para redes LoRa
Título(s) alternativo(s): Adaptive CSMA for LoRa networks
Autor(es): Jez, Leandro Matheus Favoretto
Orientador(es): Fonseca, Anelise Munaretto
Palavras-chave: Interconexão em rede (Telecomunicações)
Internet das coisas
Dispositivos de internet embarcados
Rede de computador - Protocolos
Sistemas de comunicação sem fio
Radiofrequência modulada
Simulação (Computadores)
Internetworking (Telecommunication)
Internet of things
Embedded Internet devices
Computer network protocols
Wireless communication systems
Radio frequency modulation
Computer simulation
Data do documento: 16-Set-2022
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: JEZ, Leandro Matheus Favoretto. CSMA adaptativo para redes LoRa. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022.
Resumo: Com uma crescente necessidade de mais dados e informações em todo o mundo, criou-se um paradigma para conectar todos os dispositivos e permitir que eles pudessem se comunicar para uma melhor gerência em diversos ramos. Esse paradigma, ficou conhecido como Internet das Coisas (IoT). As redes de longa distância de baixa potência (LPWANs) são uma boa alternativa para suprir essa indústria em expansão na qual o IoT se transformou, pois elas prometem: comunicações com baixo custo energético, longo alcance e de baixa potência. Dentre as alternativas de LPWANs, a tecnologia LoRa juntamente com o LoRaWAN foram muito estudados e são considerados boas opções para alcançar todos os quesitos necessários para uma rede LPWAN. LoRaWAN é um protocolo de acesso ao meio baseado na camada física Lora. Esta tecnologia utiliza Aloha puro, tamanho variável de pacote e espalhamento espectral adaptativo. O objetivo deste trabalho é propor uma mudança no protocolo de acesso ao meio, substituindo o padrão Aloha por um CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Adaptativo. O impacto dessa alteração é analisado em termos da taxa de entrega de mensagens, taxa de vazão da rede e eficiência energética. Com o CSMA Adaptativo, pode-se notar uma melhora na vazão da rede e na eficiência energética, tornando o protocolo mais confiável e capaz de suportar implementações que necessitem dessas características. Redes LoRa tem como uma das suas maiores preocupações uma grande autonomia de seus nós, assim uma melhora na eficiência energética, em termos da quantidade de bits enviados por Joule de energia, torna o método de acesso ao meio proposto ainda mais atrativo. Pode-se notar com as simulações realizadas que com uma grande ocupação da rede, o CSMA Adaptativo obteve uma eficiência energética 177% maior que o CSMA e 62% maior que o Aloha.
Abstract: With a growing need for more data and information worldwide, a paradigm was created for connecting all devices and allowing them to communicate for better management in different branches. This paradigm became known as the Internet of Things (IoT). Low Power Wide Area Networks (LPWANs) are an excellent alternative to this expanding industry that the IoT has become, as they promise: low-energy, long-range, low-power communications. Among the options of LPWANs, the LoRa technology and the LoRaWAN have been extensively studied and are considered good options to achieve all the requirements necessary for an LPWAN network. LoRaWAN is a media access protocol based on the physical layer Lora. This technology uses pure Aloha, variable packet size, and adaptive spectral spreading. This work aims to propose a change in the media access protocol, replacing the Aloha standard with an Adaptive Carrier Sense Multiple Access. The impact of this change is analyzed in terms of message delivery rate, network throughput, and energy efficiency. With Adaptive CSMA, network throughput and energy efficiency can be noted, making the protocol more reliable and capable of supporting implementations that require these characteristics. One concern of LoRa networks is the excellent autonomy of their nodes. Hence, an improvement in energy efficiency, in terms of the number of bits sent by Joule of energy, makes the Adaptive CSMA even more attractive. Through simulations, it can be noted that with large network occupation, the Adaptive CSMA obtained an energy efficiency 177 % higher than CSMA and 62 % higher than Aloha.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31561
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