Estudio en detalle de LoRaWAN. Comparación con otras tecnologías LPWAN considerando diferentes patrones de tráfico

Abstract

Debido al crecimiento del Internet de las Cosas (IoT), ha sido necesaria la creación de nuevas tecnologías y dispositivos que posibiliten la conexión global de objetos. Estas nuevas redes son las redes de área amplia y baja potencia (LPWAN) que se han hecho muy populares, dentro de estas nuevas redes las tecnologías líderes son Sigfox, LoRaWAN, NB-IoT y LTE-M, que compiten por el despliegue de IoT a gran escala. Sin embargo, debido a que son tecnologías de reciente aparición, la información que se encuentra sobre su comportamiento en escenarios reales es limitada, surgiendo la necesidad del uso de simuladores para su caracterización. En el presente trabajo se realiza un estudio en profundidad sobre la tecnología LoRaWAN y la caracterización de las tecnologías Sigfox, NB-IoT y LTE-M para realizar una comparativa entre ellas según sus características y factores IoT, así como, evaluar ventajas, desventajas y casos de uso de cada una de ellas. Finalmente, se realizan simulaciones en OMNET++ de la tecnología LoRaWAN en diferentes escenarios, que supondrán una modificación en el número de nodos, número de gateways y área de cobertura. El objetivo de estas simulaciones es determinar qué características debe tener un escenario LoRaWAN para poder dar cobertura IoT fiable en diferentes escenarios. Con todo esto, se puede concluir que LoRaWAN se puede utilizar en aplicaciones que no tengan requisitos de latencia, como puede ser, domótica, Smart-cities, agricultura, etc... ofreciendo un bajo coste, un gran despliegue y una larga duración de las baterías.

Due to the growth of the Internet of Things (IoT), it has been necessary to create new technologies and devices that enable the global connection of objects. These new networks are the wide area and low power networks (LPWAN) that have become very popular, within these new networks the leading technologies are Sigfox, LoRaWAN, NB-IoT and LTE-M, which compete for the deployment of IoT on a large scale However, because they are technologies of recent appearance, the information found about their behavior in real scenarios is limited, and the need for the use of simulators for their characterization arises. In this paper, study on LoRaWAN technology and the characterization of Sigfox, NB-IoT and LTE-M technologies is carried out to make a comparison between them according to their IoT characteristics and factors, as well as to evaluate advantages, disadvantages and use cases of each of them. Finally, OMNET ++ simulations of LoRaWAN technology are carried out in different scenarios, which will entail a modification in the number of nodes, number of gateways and coverage area. The objective of these simulations is to determine what characteristics a LoRaWAN scenario must have in order to provide reliable IoT coverage in different scenarios. With all this, it can be concluded that LoRaWAN can be used in applications that do not have latency requirements, such as home automation, Smart-cities, agriculture, etc ... offering low cost, great deployment and long battery life.

A causa del creixement de la Internet de les Coses (IoT), ha estat necessària la creació de noves tecnologies i dispositius que possibilitin la connexió global d'objectes. Aquestes noves xarxes són les xarxes d'àrea àmplia i baixa potència (LPWAN) que s'han fet molt populars, dins d'aquestes noves xarxes les tecnologies líders són Sigfox, LoRaWAN, NB-IoT i LTE-M, que competeixen pel desplegament de IoT a gran escala. No obstant això, pel fet que són tecnologies de recent aparició, la informació que es troba sobre el seu comportament en escenaris reals és limitada, sorgint la necessitat de l'ús de simuladors per a la seva caracterització. En el present treball es realitza un estudi en profunditat sobre la tecnologia LoRaWAN i la caracterització de les tecnologies Sigfox, NB-IoT i LTE-M per a realitzar una comparativa entre elles segons les seves característiques i factors IoT, així com, avaluar avantatges, desavantatges i casos d'ús de cadascuna d'elles. Finalment, es realitzen simulacions en OMNET++ de la tecnologia LoRaWAN en diferents escenaris, que suposaran una modificació en el nombre de nodes, número de gateways i àrea de cobertura. L'objectiu d'aquestes simulacions és determinar quines característiques ha de tenir un escenari LoRaWAN per a poder donar cobertura IoT fiable en diferents escenaris. Amb tot això, es pot concloure que LoRaWAN es pot utilitzar en aplicacions que no tinguin requisits de latència, com pot ser, domòtica, Smart-cities, agricultura, etc... oferint un baix cost, un gran desplegament i una llarga durada de les bateries.