Un algoritmo de tasa de datos adaptativa para dispositivos finales con restricciones de energía en redes de largo alcance
Autores: Wang, Honggang; Zhao, Baorui; Liu, Xiaolei; Pan, Ruoyu; Pang, Shengli; Song, Jiwei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un algoritmo de tasa de datos adaptativa para dispositivos finales con restricciones de energía en redes de largo alcance
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Tecnología de comunicación
LoRa
LPWAN
Dispositivos finales con limitación de energía
Tasa de datos
Rendimiento de red
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 46
Citaciones: Sin citaciones
LoRa (long range) es una tecnología de comunicación que emplea la modulación de espectro ensanchado por chirp. Entre varias tecnologías de red de área amplia de baja potencia (LPWAN), LoRa ofrece ventajas únicas, incluyendo bajo consumo de energía, larga distancia de transmisión, fuerte capacidad antiinterferencias y alta capacidad de red. Abordando el problema de dispositivos finales con limitaciones de energía en escenarios de aplicación de IoT, este documento propone un algoritmo de tasa de datos adaptativa (ADR) para redes LoRa diseñado para dispositivos finales con limitaciones de energía (EDs). El algoritmo evalúa el estado del enlace de comunicación ascendente entre los EDs y la puerta de enlace (GW) utilizando un método de ponderación combinado para evaluar de manera integral la relación señal-ruido (SNR), la indicación de la fuerza de la señal recibida (RSSI) y la tasa de recepción de paquetes (PRR), y calcula una lista de potencia de transmisión y tasas de datos que aseguran una comunicación estable y confiable entre los EDs y el GW. Utilizando modelos de consumo de energía de ED, modelos de rendimiento de red y modelos de latencia de ED para evaluar el rendimiento de la red, se emplea el algoritmo de optimización Zebra para encontrar la tasa de datos óptima para cada ED bajo condiciones de limitación de energía maximizando el rendimiento de la red. Los resultados de las pruebas muestran que, en un escenario de un solo ED, el PRR promedio logrado por el algoritmo ADR propuesto para EDs con limitaciones de energía en redes LoRa es un 14% mayor que el del algoritmo ADR estándar de LoRaWAN. En un escenario de enlace multi-ED (50 dispositivos finales), el método propuesto reduce el consumo de energía promedio de los EDs en un 10% en comparación con LoRaWAN ADR, logra un rendimiento de red de 6683 bps y una latencia promedio de 2.10 s, demostrando un rendimiento superior en general. El método propuesto muestra ventajas únicas en redes LoRa con EDs con limitaciones de energía y un gran número de EDs, ya que no solo reduce el consumo de energía promedio de los EDs, sino que también optimiza el rendimiento de la red y la latencia promedio.
Descripción
LoRa (long range) es una tecnología de comunicación que emplea la modulación de espectro ensanchado por chirp. Entre varias tecnologías de red de área amplia de baja potencia (LPWAN), LoRa ofrece ventajas únicas, incluyendo bajo consumo de energía, larga distancia de transmisión, fuerte capacidad antiinterferencias y alta capacidad de red. Abordando el problema de dispositivos finales con limitaciones de energía en escenarios de aplicación de IoT, este documento propone un algoritmo de tasa de datos adaptativa (ADR) para redes LoRa diseñado para dispositivos finales con limitaciones de energía (EDs). El algoritmo evalúa el estado del enlace de comunicación ascendente entre los EDs y la puerta de enlace (GW) utilizando un método de ponderación combinado para evaluar de manera integral la relación señal-ruido (SNR), la indicación de la fuerza de la señal recibida (RSSI) y la tasa de recepción de paquetes (PRR), y calcula una lista de potencia de transmisión y tasas de datos que aseguran una comunicación estable y confiable entre los EDs y el GW. Utilizando modelos de consumo de energía de ED, modelos de rendimiento de red y modelos de latencia de ED para evaluar el rendimiento de la red, se emplea el algoritmo de optimización Zebra para encontrar la tasa de datos óptima para cada ED bajo condiciones de limitación de energía maximizando el rendimiento de la red. Los resultados de las pruebas muestran que, en un escenario de un solo ED, el PRR promedio logrado por el algoritmo ADR propuesto para EDs con limitaciones de energía en redes LoRa es un 14% mayor que el del algoritmo ADR estándar de LoRaWAN. En un escenario de enlace multi-ED (50 dispositivos finales), el método propuesto reduce el consumo de energía promedio de los EDs en un 10% en comparación con LoRaWAN ADR, logra un rendimiento de red de 6683 bps y una latencia promedio de 2.10 s, demostrando un rendimiento superior en general. El método propuesto muestra ventajas únicas en redes LoRa con EDs con limitaciones de energía y un gran número de EDs, ya que no solo reduce el consumo de energía promedio de los EDs, sino que también optimiza el rendimiento de la red y la latencia promedio.