CSMA protocol performance with dynamic spreading factor in lPWAN networks with Lora RF transceivers

Abstract

Long Range (LoRa) is a spread spectrum modulation technology designed for Low- Power Wide-Area Networking (LPWAN) with a growing application in Internet of Things (IoT), which plays an important role in the global digitalization process. The expansion of LORAWAN networks demands careful circuit, system and network design to improve energy efficiency and quality of service. To support this task, advanced CAD tools can offer reliable network simulations results, where the effects of building blocks can be found. LoRaSim, one of the most popular simulators available for LoRa and LoraWan, had solely implemented an ALOHA access model protocol, which is not the most common protocol in real life scenarios. To mitigate this limitation and taking advantage of the open-source nature of both LoRaWAN and LoRaSim, it is proposed a Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance (CSMA/CA) protocol extension, as well as active adaptive parameters selection to cope with collisions. To demonstrate the effectiveness of these additions to the base solution, a comparison between both on different scenarios and their simulated performance key indicators will be presented.

Long Range (LoRa) é uma tecnologia de modulação de espectro espalhado projetada para Low-Power Wide-Area Networking (LPWAN) com uma aplicação crescente na Internetdas Coisas (IoT), que desempenha um papel importante no processo de digitalização global. A expansão das redes LORAWAN exige um projeto cuidadoso de circuitos, sistemas e redes para melhorar a eficiência energética e a qualidade do serviço. Para apoiar essa tarefa, ferramentas CAD avançadas podem oferecer resultados confiáveis desimulações de rede, onde os efeitos dos blocos de construção podem ser encontrados. O LoRaSim, um dos simuladores mais populares disponíveis para LoRa e LoraWan, implementou apenas um protocolo de modelo de acesso ALOHA, que não é o protocolo mais comum em cenários reais. Para atenuar essa limitação e aproveitar a natureza de código aberto do LoRaWAN e do LoRaSim, é proposta uma extensão do protocolo Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance (CSMA/CA), bem como a seleção de parâmetros adaptativos ativos para lidar com colisões. Para demonstrar a eficácia desses acréscimos à solução básica, será apresentada uma comparação entre ambos em diferentes cenários e seus indicadores-chave de desempenho simulados.