ОПТИМІЗАЦІЯ ЕНЕРГОСПОЖИВАННЯ У СЕНСОРНИХ ВУЗЛАХ LoRaWAN
DOI:
https://doi.org/10.31649/1997-9266-2026-185-2-15-20Ключові слова:
LoRaWAN, енергоефективність, сенсорні вузли, оптимізація параметрів передачі, NS-3, Інтернет речейАнотація
Розглянуто актуальну проблему зменшення енергоспоживання сенсорних вузлів у мережах стандарту LoRaWAN, які широко застосовуються в системах Інтернету речей (IoT) для організації довготривалого автономного моніторингу навколишнього середовища, інфраструктурних об’єктів, промислових та сільськогосподарських систем. Особливу увагу приділено аналізу факторів, що мають визначальний вплив на енергоспоживання кінцевих пристроїв, зокрема параметрів радіопередачі, частоти збирання та передавання даних, режимів роботи мікроконтролера та ефективності використання режимів сну.
У роботі проаналізовано сучасні підходи до підвищення енергоефективності сенсорних вузлів, які базуються на адаптивному керуванні параметрами фізичного та канального рівнів мережі LoRaWAN, зокрема, вибір коефіцієнта розширення спектра (Spreading Factor), ширини смуги пропускання та вихідної потужності передавача. Окрему увагу приділено стратегіям мінімізації активного часу радіомодуля та мікроконтролера шляхом оптимізації алгоритмів збиранняя, обробки та пакетування даних.
Також у статті проведено імітаційне моделювання роботи сенсорних вузлів у середовищі NS-3 з урахуванням різних сценаріїв навантаження, щільності розміщення вузлів та варіантів налаштування параметрів радіоканалу. За результатами моделювання визначено залежності між енергоспоживанням вузлів, дальністю зв’язку, імовірністю втрати пакетів та часом автономної роботи пристроїв.
Отримані результати підтверджують, що коректний вибір параметрів швидкості передачі даних, вихідної потужності та періодичності активних сеансів зв’язку дозволяє суттєво підвищити енергоефективність сенсорних вузлів без істотного погіршення показників якості обслуговування. Запропоновані підходи можуть бути використані під час проєктування енергоефективних IoT-систем на базі LoRaWAN для промислових, інфраструктурних та екологічних застосувань.
Посилання
M. Bor, J. Vidler, and U. Roedig, “LoRa for the Internet of Things,” Proc. of the 2016 International Conference on Embedded Wireless Systems and Networks (EWSN ’16), 2016, pp. 361-366, https://eprints.lancs.ac.uk/id/eprint/77615/ .
A. Augustin, J. Yi, T. Clausen, and W. Townsley, “A study of LoRa: Long range & low power networks for the Internet of Things,” Sensors, vol. 16, no. 9, p. 1466, 2016. https://doi10.3390/s16091466 .
M. Centenaro, L. Vangelista, A. Zanella, and M. Zorzi. “Long‑range communications in unlicensed bands: The rising stars in the IoT and smart city scenarios,” IEEE Wireless Communications, vol. 23, no. 5, pp. 60-67, 2016. https://doi.org/10.1109/MWC.2016.7721743
F. Adelantado, et al., “Understanding the limits of LoRaWAN,” IEEE Communications Magazine, vol. 55, no. 9, pp. 34-40, 2017. https://arxiv.org/pdf/1607.08011.pdf .
B. Reynders, W. Meert, and S. Pollin, “Power and spreading factor control in low power wide area networks,” IEEE Internet of Things Journal, vol. 3, no. 5. pp. 817-827, 2016.
Z. Sheng, S. Yang, Y. Yu, A. Vasilakos, J. McCann, and K. Leung, “A survey on the IETF protocol suite for the Internet of Things: Standards, challenges, and opportunities,” IEEE Wireless Communications, vol. 20, no. 6. pp. 91-98, 2013.
U. Raza, P. Kulkarni, and M. Sooriyabandara, “Low power wide area networks: An overview,” IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 19, no. 2, pp. 855-873, 2017.
LoRa Alliance, LoRaWAN 1.1 Specification, 2017. [Electronic resource]. Available: https://lora-alliance.org/resource_hub/lorawan-specification-v1-1-0/ .
##submission.downloads##
-
pdf
Завантажень: 0
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, згодні з такими умовами:
- Автори зберігають авторське право і надають журналу право першої публікації.
- Автори можуть укладати окремі, додаткові договірні угоди з неексклюзивного поширення опублікованої журналом версії статті (наприклад, розмістити її в інститутському репозиторії або опублікувати її в книзі), з визнанням її первісної публікації в цьому журналі.
- Авторам дозволяється і рекомендується розміщувати їхню роботу в Інтернеті (наприклад, в інституційних сховищах або на їхньому сайті) до і під час процесу подачі, оскільки це сприяє продуктивним обмінам, а також швидшому і ширшому цитуванню опублікованих робіт (див. вплив відкритого доступу).
