Heurística de asociación y planificación de mensajes periódicos de tiempo real en ciudades inteligentes basadas en una extensión del protocolo LoRaWAN

MATIAS MICHELETTO; PAULA ZABALA; RODRIGO SANTOS

Buenos Aires

Conferencia; CLAIO 2022; 2022

FCEN-UBA

En los sistemas de IoT, el acceso al canal de comunicación es uno de los problemas a resolver. Los dispositivos son, en general, de bajo costo con limitaciones en el ancho de banda disponible y de baja complejidad computacional, por lo que se deben implementar protocolos simples y que ocupen poco espacio de memoria. Entre las opciones disponibles se encuentran las redes de baja potencia y largo alcance . Una de las más utilizadas es LoRaWAN, que se basa en un modelo de transmisión del tipo spread spectrum que alcanza distancias importantes con baja potencia. Su operación contempla una topología en estrella en la cual los end-devices (eds) transmiten información que es captada por gateways (gws), que la retransmiten al servidor de red para que sea procesada en Internet Los gw son simplemente puentes entre los eds y la red. Si un mensaje de un ed es escuchado por dos gws, entonces ambos retransmiten el mensaje al servidor para su procesamiento, y es éste último quien descarta los mensajes repetidos. LoRaWAN impone restricciones sobre el porcentaje de tiempo que un dispositivo puede transmitir, fijándolo en el 1%. Para poder operar, LoRaWAN puede definir hasta 16 canales y utilizar 5 factores de dispersión de la señal diferentes, escuchando los gws a los 5 en simultáneo, SF7 a SF12. Cuando mayor es el SF, más alcance tiene la señal pero más tiempo requiere para transmitir.Cuando los mensajes tengan vencimientos a cumplir, el problema de asociación de eds a gws, selección de canales de operación y de SF, cumpliendo además con las restricciones de porcentaje de uso, se transforma en un problema NP-duro. Se propone una heurística de asignación de canales, SF y asociación de eds a gws, que cumpla con los vencimientos de los mensajes y el porcentaje de uso en aplicaciones de IoT en ambientes urbanos con decenas de miles de dispositivos que permitan implementar ciudades inteligentes. La heurística busca una solución factible que minimice la cantidad de gws necesarios.