학술논문

IoT 저전력 광역 네트워크 환경에서 LoRaWAN MAC 프로토콜의 전송 수율 및 패킷 손실 확률 분석 / Throughput and Packet Loss Probability Analysis of LoRaWAN MAC for LPWA IoT Networks
Document Type
Dissertation/ Thesis
Source
Subject
IoT
LPWA
LoRa
Markov chain model
throughput
packet loss probability
Language
English
Abstract
소물 장치를 인터넷에 연결하여 언제 어디서나 데이터 교환을 할 수 있게 해주는 Internet of Things (IoT) 기술은 업계 및 학계에서 가장 많이 연구되는 주제 중 하나이다. 저전력 광역 네트워크 (LPWA)는 소량의 데이터를 간헐적으로 생성하는 IoT 장치의 저전 력 소비, 낮은 전송 속도 및 장거리 통신을 가능하도록 설계된 네트워크이다. 소물 간의 연결을 가능하게 하는 LoRaWAN은 최근 유망한 네트워크 기술 중 하나이다. 최근 LoRaWAN의 대부분의 연구는 최종 장치와 게이트웨이 간의 거리를 기반으로 모듈 전송 성능을 측정하거나 시뮬레이션 결과만을 사용하여 시스템 성능을 평가한 연구가 대부분이며, 아직 MAC 계층의 관점에서 시스템 성능을 분석하는 연구는 없다. 이에, 본 논문에서는 Markov chain 모델을 사용하여 LoRaWAN MAC 의 시스템 성능을 분석적으로 평가한다. 제안 된 마르코프 체인 모델 분석은 업 링크 / 다운 링크 처리량과 업 링크 / 다운 링크 패킷 손실 확률의 측면에서 시뮬레이션 결과와 일치함을 확인하였다.
Internet of Things (IoT), that allows devices to connect to the Internet and to exchange data anytime, anywhere, is one of the most studied topics in the industry and academia. The low power wide area (LPWA) network was designed to enable low power consumption, low data rate transmission, and long distance communication for IoT devices who generate a small amount of data intermittently. LoRaWAN is the one of the promising wide area network technologies at present and is expected to grow in the foreseeable future as a tool to provide connectivity among small things. Most researches of LoRaWAN measured the module transmission performance based on distance between an end-device and a gateway or evaluated the system performance only using simulation results. However, there is not yet a work analyzing the system performance from the viewpoint of the MAC layer. In this paper, we provide an analytical evaluation of the system performance of LoRaWAN medium access control (MAC) layer using Markov chain model. It is verified that the proposed Markov chain model analysis coincides with the simulation result in terms of uplink/downlink throughput and uplink/downlink packet loss probability.