Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/38427
Title: Mobile LoRa gateway for communication and sensing on the railway
Other Titles: Gateway de LoRa móvel para comunicação e sensorização na ferrovia
Author: Soares, João Pedro Correia
Advisor: Luís, Nuno Miguel Abreu
Sargento, Susana
Keywords: LoRa
LoRaWAN
Long range communications
Internet of things
Medium access control protocol
Single-channel
Communications at high-speed
Defense Date: 16-Dec-2022
Abstract: With the increase in the popularity of technology-based initiatives, the Internet of Things (IoT) has created innovative solutions to be applied in the railway. As support to IoT applications, Low-Power Wide Area Networks (LPWANs) technologies have emerged as the most promising solutions: of all the available technologies, the widely adopted one is the Long-Range (LoRa), despite its low data-rate transmissions and duty-cycle restrictions. Lora’s popularity in mobile environments is motivated by the long range due to its modulation scheme, but also the high robustness, multipath resistance, and Doppler resistance. Still, besides these characteristics, LoRa is a low-cost and low-power solution. This dissertation’s main objective is to design, implement and test a medium access control strategy that allows a single-channel high-speed moving LoRa gateway to discover and receive sensing data from end devices installed in the railroad. Firstly, it is proposed and analyzed the interaction between the gateway and the end node. A control packet was implemented where the end node can receive the velocity, heading, and global positioning system (GPS) coordinates of the gateway. With this information, the end node is able to estimate the future position of the gateway and choose the appropriated mode for the data transfer. Besides this control packet, acknowledgement packets for data and mode confirmation are also implemented, to alert the end node if the packets were correctly received. Packet loss mechanisms and listening timeout values were researched to combat the possible loss of transmitted packets. Lastly, tests are performed in real road scenarios to compare the developed LoRa solution to the already well establish Long Range Wide Area Network (LoRaWAN). The results showed that our solution outperforms LoRaWAN both in packet error rate (PER) and data rate, revealing the differences between a non-awareness solution such as LoRaWAN, and a solution where the end node only transmit when receiving a control message alerting that a LoRa gateway is nearby.
Com o aumento da popularidade das iniciativas baseadas na tecnologia, a Internet of Things (IoT) criou soluções inovadoras para serem aplicadas na ferrovia. Como suporte para as aplicações IoT, as tecnologias Low-Power Wide Area Networks (LPWANs) têm surgido como as soluções mais promissoras: de todas as tecnologias disponíveis, a amplamente adotada é a Long-Range (LoRa), apesar das suas transmissões serem de baixo ritmo e restrições no ciclo de trabalho. A popularidade de LoRa em ambientes móveis é motivada pelo longo alcance devido ao seu esquema de modulação, mas também pela alta robustez, resistência ao multipercurso e resistência ao efeito Doppler. Ainda assim, além dessas características, LoRa é uma solução de baixo custo e baixo consumo energético. O principal objetivo desta dissertação é desenhar, implementar e testar uma estratégia de controlo de acesso ao meio que permita que uma gateway LoRa móvel de alta velocidade, de canal único, descubra e receba dados de nós terminais instalados na ferrovia. Em primeiro lugar, é proposta e analisada a interação entre a gateway e o nó terminal. Um pacote de controlo foi implementado onde o nó terminal pode receber a velocidade, direção e as coordenas global positioning system (GPS) da gateway. Com esta informação, o nó terminal é capaz de estimar a posição futura da gateway e escolher o modo apropriado para a transferência de dados. Além deste pacote de controlo, também foram implementados pacotes de confirmação para os dados e o modo, para alertar o nó terminal se os pacotes foram recebidos corretamente. Mecanismos de perda de pacotes e valores de tempo limite de escuta foram investigados para combater a possível perda de pacotes transmitidos. Por fim, testes foram realizados em cenários rodoviários para comparar a solução LoRa desenvolvida com a Long Range Wide Area Network (LoRaWAN). Os resultados mostraram que a nossa solução supera LoRaWAN tanto em taxas de perdas de pacotes como em ritmo de transmissão de dados, revelando as diferenças entre uma solução de não-consciencialização, como LoRaWAN, e uma solução em que o nó terminal só transmite ao receber uma mensagem de controlo alertando que uma gateway LoRa está próxima.
URI: http://hdl.handle.net/10773/38427
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DETI - Dissertações de mestrado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Documento_João-Pedro_Soares.pdf6.34 MBAdobe PDFView/Open


FacebookTwitterLinkedIn
Formato BibTex MendeleyEndnote Degois 

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.