LoRaWan : análise da camada física e estudo de coexistência

Abstract

As redes Low-Power Wide Area (LPWA) representam um novo paradigma de comunicação que permite com que pequenas quantidades de informação sejam transmitidas de maneira esparsa sobre longas distâncias, ao custo de um baixo consumo energético e uma taxa de dados reduzida. Essas redes vêm se tornando cada vez mais populares no cenário da Internet das Coisas, pois suas características atendem às demandas de diversas indústrias (logística, agricultura de precisão, etc.) e viabilizam uma série de novas aplicações. Dentre as principais redes LPWA no mercado atualmente, a rede LoRaWAN tem sido largamente adotada e mostra um grande potencial de crescimento. Este trabalho implementa um enlace de rádio LoRaWAN a fim de analisar o funcionamento da sua camada física (LoRa) e avaliar a performance desta em ambientes de coexistência. É realizada uma descrição da modulação/demodulação LoRa com base em pacotes capturados utilizando um rádio definido por software (SDR). A robustez da modulação contra interferências de banda larga é avaliada de maneira prática através de um experimento de coexistência realizado em um ambiente confinado. Os resultados mostram que a rede LoRaWAN, apesar da sua simplicidade, é extremamente robusta contra interferências, porém sua eficácia assume um compromisso com a taxa de dados e, consequentemente, a carga útil dos pacotes transmitidos.

Low-Power Wide Area Networks (LPWAN) represent a new communication paradigm which allows for small amounts of data to be transmitted over long distances in a very low power manner at the cost of a reduced data rate. These networks are gaining a lot of momentum and becoming very popular in the context of the Internet of Things. This is mainly due to the wide range of new and existing applications they can serve in multiple industries (like logistics and precision agriculture). Among the most popular LPWAN networks in the market today, LoRaWAN has been largely adopted and shows great potential for growth in the upcoming years. In this paper the author implements a LoRaWAN radio link in order to evaluate its physical layer and its coexistence performance. The LoRa modulation/demodulation process is described based on packets captured using a software defined radio (SDR). The robustness of the protocol against wideband interferers is investigated through a coexistence experiment done in a confined environment. The results show that, even though it is simple and lightweight, the LoRaWAN network is extremely robust against interferers. However, there is a clear tradeoff between the effectiveness to suppress the interference and the data rate of the transmission, which also affect the size of the payload allowed per packet.