LoRa+: An extension of LoRaWAN protocol to reduce infrastructure costs by improving the Quality of Service

Autor: Benoît Parrein, Wilfried Vince, Hussein Mroue, Abbass Nasser, Sofiane Hamrioui, Przemyslaw Bakowski, Eduardo Motta Cruz
Přispěvatelé: Institut d'Électronique et des Technologies du numéRique (IETR), Université de Nantes (UN)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes (LS2N), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), SPIE City Networks (SPIE), Lab-STICC_ENSTAB_CACS_COM, Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (Lab-STICC), Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), American University of Culture and Education, Beirut, Lebanon, Nantes Université (NU)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CentraleSupélec-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
LPWAN
Computer science
02 engineering and technology
01 natural sciences
[INFO.INFO-NI]Computer Science [cs]/Networking and Internet Architecture [cs.NI]
Artificial Intelligence
Management of Technology and Innovation
Default gateway
Telecommunications link
0202 electrical engineering
electronic engineering
information engineering
Computer Science (miscellaneous)
Engineering (miscellaneous)
ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
business.industry
Quality of service
ComputerSystemsOrganization_COMPUTER-COMMUNICATIONNETWORKS
010401 analytical chemistry
Mac layer protocol
020206 networking & telecommunications
0104 chemical sciences
Computer Science Applications
Transmission (telecommunications)
Hardware and Architecture
Wide area network
Bit error rate
business
Software
Information Systems
Communication channel
Computer network
Zdroj: Internet of Things
Internet of Things, 2020, 9, pp.100176. ⟨10.1016/j.iot.2020.100176⟩
Internet of Things, Elsevier, 2020, 9, pp.100176. ⟨10.1016/j.iot.2020.100176⟩
ISSN: 2542-6605
DOI: 10.1016/j.iot.2020.100176⟩
Popis: LoRa is a popular Low Power Wide Area Network (LPWAN) standard designed for the Internet of Things (IoT). The MAC layer protocol of LoRa is LoRaWAN. It still needs some improvements regarding the measured Quality of Service (QoS) i.e. rejected packet rate and the Packet Error Rate (PER). In this paper, we propose a LoRa+ as a new mechanism to overcome the shortcomings of LoRaWAN. Currently, at the end of each uplink operation, a standard LoRaWAN-based end device opens two time slots (RX1 and RX2) to receive from the gateway the channel parameters: the spreading factor and the operating frequency. These parameters have to be taken into account in the next uplink that sometimes happens few hours after (highly application dependent). During this interval, the channel conditions may change adversely impacting the performance. In our work, we propose to modify LoRaWAN MAC Layer for both Class A and Class B to address this issue. Instead of waiting the end of the uplink operation, the time slot dedicated to receive the channel parameters is shifted so that these parameters are sent just before the transmission slot. We show by simulations on Matlab that our modification reduces significantly the rejected packet rate and PER by up to 20% compared to LoRaWAN for small and medium size cities when the number of EDs is usually less than 500. Consequently, the number of gateway required in the network is also reduced, leading to the reduction of the network infrastructure costs.
Databáze: OpenAIRE
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