Evaluation of LoRa signal propagation and development of a method to aid the planning of IoT networks using Hata model optimization

According to the Internet of Things (IoT) paradigm, the demand for communication between devices has been growing steadily. Various communication patterns have emerged and today compete with each other for application niches. Among these standards are the wide-ranging and low-power networks (LPWANs), which have continuously aroused the interest of the information technology and telecommunications (ICT) industry. In particular, LoRa® communication technology has been gaining constant prominence, especially in applications associated with smart grids. However, the initiatives are still incipient. Considering this scenario, this work has as one of its objectives to evaluate some scenarios of propagation of the LoRa signal and based on measurements collected in the field, to use these values to feed an adapted model of propagation. This model employs the Hata technique as the basis and can be used as an information source for the planning of IoT networks in scenarios applicable to smart grids. In addition, some QoS parameters are also evaluated to characterize the physical layer behavior of the LoRa signal. Even in different scenarios, the results showed that urban cells with an approximate radius of 2 km in unlicensed band (~915 MHz) typically achieve typical packet delivery rates ranging from 75% to 100%. Based on the models produced here and in association with results found in other studies, it is estimated that LoRa technology is a strong candidate for the provision of communication infrastructure for some smart grids services and that the graphic propagation models produced here can corroborate IoT network planning activities.Dissertação (Mestrado)De acordo com o paradigma da Internet das coisas (IoT), a demanda por comunicação entre dispositivos vem crescendo continuamente. Vários padrões de comunicação surgiram e hoje competem entre si por nichos de aplicações. Entre esses padrões estão as redes de amplo alcance e baixo consumo de energia (LPWANs), que continuamente vem despertando o interesse da indústria de tecnologia da informação e telecomunicações (TIC). Em especial, a tecnologia de comunicação LoRa© vem ganhando constante destaque, especialmente em aplicações associadas a smart grids. Contudo, as iniciativas ainda são incipientes. Face a este cenário, este trabalho tem como um de seus objetivos avaliar alguns cenários de propagação do sinal LoRa e com base em medidas coletadas em campo, usar estes valores para alimentar um modelo adaptado de propagação. Este modelo emprega a técnica de Hata como base e pode ser usado como fonte de informação para o planejamento de redes IoT em cenários aplicáveis às smart grids. Além disto, alguns parâmetros de QoS também são avaliados para caracterizar o comportamento em camada física do sinal LoRa. Mesmo em diferentes cenários, os resultados mostraram que células urbanas de raio aproximado de 2 km em banda não licenciada (~915 MHz) conseguem em boa parte dos casos taxas típicas de entrega de pacotes que variam entre 75% a 100%. Com base nos modelos aqui produzidos e em associação com resultados encontrados em outras pesquisas, avalia-se que a tecnologia LoRa é uma forte candidata ao provimento de infraestrutura de comunicação para alguns serviços de smart grids e que os modelos gráficos de propagação aqui produzidos podem corroborar as atividades de planejamento de redes IoT