A viability analysis of low-end devices for low-cost programmable LPWAN

Abstract

Internet access is crucial to our daily life in this day and age. However, it is not yet ubiqui tous outside urban areas, such as those inhabited by native and rural communities. In this work, the feasibility of using Software-Defined Networking to manage a programmable Low-Power Wide-Area Network (LPWAN) composed of low-end LoRa radio devices to provide power affordable internet access is evaluated. A communication wrapper for a Ronoth LoStik antenna has been developed to this purpose, in order to provide an inter face between the programmable forwarding devices and the incoming packets. We assess the real-life gains obtained by using a newly proposed theoretical protocol, Lightweight Tunnel Protocol (LTP), in a distributed SDN controller architecture using this setup. We conclude that the low-end devices are capable of providing a communication channel for forwarding devices in an LPWAN. However, the throughput is limited to 1 Kbps for this particular setup, which is a low speed for today’s internet speed standards. Neverthe less, the LTP protocol has proved to provide up to 62.7% gain with 88-byte payloads and 34.1% with 128-byte ones.

Atualmente, o acesso à internet é crucial para nossa vida diária. No entanto, ele ainda não é onipresente fora de áreas urbanas, tais como aquelas habitadas por comunidades indí genas e rurais. Neste trabalho, a viabilidade do uso de redes definidas por software para gerenciar redes de baixa potência e larga área (LPWAN) programáveis compostas por dis positivos de rádio LoRa de baixa gama é avaliada como alternativa para providenciar um acesso à internet de baixo consumo energético. Uma interface de comunicação para ante nas Ronoth LoStik foi desenvolvida para este propósito, de forma a providenciar um canal de comunicação entre os dispositivos de encaminhamento programáveis e os pacotes re cebidos. Avaliamos os ganhos concretos obtidos ao usar um recém proposto protocolo teórico de comunicação, Lightweight Tunnel Protocol (LTP), em uma arquitetura de rede definida por software com controladores distribuídos. Concluímos que os dispositivos de baixa gama são capazes de prover um canal de comunicação para os dispositivos de en caminhamento em uma LPWAN. No entanto, a taxa de transferência é limitada a 1 Kbps com o dispositivo utilizado, que é uma velocidade baixa para os padrões atuais de velo cidade de internet. Assim mesmo, o protocolo LTP provou-se capaz de prover ganhos de até 62,7% com carga útil de 88 bytes e de 34,1% com cargas de 128 bytes.