Dissertação

{en_GB=Optimization of Gateway Deployment in Smart Metering LoRaWAN Networks} {} EVALUATED

{pt=Recentemente, as redes de longa distância e de baixa potência (Low Power Wide Area Network-LPWANs) atraíram um grande interesse devido à necessidade de conectar cada vez mais dispositivos a chamadaInternet das Coisas, (Internet of Things - IoT). Observou-se o desenvolvimento da tecnologia LongRange(LoRa) como uma tecnologia emergente adequada para redes inteligentes (Smart Grids - SG). Sendo assim, este trabalho usa considerações teóricas para desenvolver um modelo de canal de LoRa que considera a atenuação em espaço livre, efeito de shadowing e efeito fading. Neste contexto, esta dissertação de mestrado propõe um modelo teórico para estimar as posições ótimas das gateways de LoRa. Cada simulação considera smart meters com localizações fixas e posteriormente calcula curvas de Pareto com o algoritmo de otimização NSGA-II, com ambos os objetivos: minimizar o número de gateways combinado com a menor perda de pacotes do canal. A perda de pacotes e a distância entre os nós são estimadas teoricamente.Os resultados mostram uma diminuição significativa da interferência do sinal, na presença a de fading ou shadowing. Este comportamento teve um efeito considerável na otimização o da rede e estudou-se a possibilidade do efeito de fading e shadowing poder causar a diminuição da perda de pacotes devido` à ortogonalidade do spreading factor. A contribuição o deste trabalho é o estudo do impacto dos fenómenos de fading e shadowing na otimização e desempenho de redes LoRaWAN, en=Recently, Low Power Wide Area Networks (LPWANs) have attracted great interest due to the need of connecting more and more devices to the so-called Internet of Things (IoT). We have witnessed the development of Long Range (LoRa) technology as an emerging technology suitable for smart grids (SG). Therefore, this work uses theoretical considerations to develop a channel model of LoRa that considers propagation attenuation, shadowing, and fading effect. Hence, a theoretical model developed in this study proposes to estimate the optimal gateways positions of LoRa. Each experiment considers smart meters with defined locations and plots the NSGA-IIPareto optimal curve with both objectives: the minimum number of gateways combined with the packet loss of the channel. The packet loss and distance between nodes are estimated theoretically. Results show a significant decrease in the signal interference in the presence of fading or shadowing. This effect had a considerable impact on the network’s optimization. Therefore, this led the study to find that the effect of fading and shadowing can reduce packet loss because of the spreading factor’s orthogonality. The contribution of this work is the study of the impact of fading and shadowing on the optimization of LoRaWAN network’s deployment.}
{pt=LoRa, Gateways, Fading, Shadowing, NSGA-II, LoRaWAN, en=LoRa, Gateways, Fading, Shadowing, NSGA-II, LoRaWAN}

Março 18, 2021, 17:0

Orientação

ORIENTADOR

António Manuel Raminhos Cordeiro Grilo

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Associado