LoRaWAN deployments follow an ad-hoc deployment model that has organically led to overlapping communication networks, sharing the wireless spectrum, and completely unaware of each other. LoRaWAN uses ALOHA-style communication where it is almost impossible to schedule transmission between networks belonging to different owners properly. The inability to schedule overlapping networks will cause inter-network interference, which will increase node-to-gateway message losses and gateway-to-node acknowledgement failures. This problem is likely to get worse as the number of LoRaWAN networks increase. In response to this problem, we propose IRONWAN, a wireless overlay network that shares communication resources without modifications to underlying protocols. It utilises the broadcast nature of radio communication and enables gateway-to-gateway communication to facilitate the search for failed messages and transmit failed acknowledgements already received and cached in overlapping network's gateways. IRONWAN uses two novel algorithms, a Real-time Message Inter-arrival Predictor, to highlight when a server has not received an expected uplink message. The Interference Predictor ensures that extra gateway-to-gateway communication does not negatively impact communication bandwidth. We evaluate IRONWAN on a 1000-node simulator with up to ten gateways and a 10-node testbed with 2-gateways. Results show that IRONWAN can achieve up to 12\% higher packet delivery ratio (PDR) and total messages received per node while increasing the minimum PDR by up to 28\%. These improvements save up to 50\% node's energy. Finally, we demonstrate that IRONWAN has comparable performance to an optimal solution (wired, centralised) but with 2-32 times lower communication costs. IRONWAN also has up to 14\% better PDR when compared to FLIP, a wired-distributed gateway-to-gateway protocol in certain scenarios.


翻译:LORAWAN 部署将遵循一个自动同步部署模式,该模式有机地导致通信网络重叠,共享无线频谱,并且完全互不知情。 LoRAWAN 使用ALOHA 式通信, 几乎无法正确安排属于不同所有者的网络之间的传输。 无法安排重叠网络将引发网络间干扰, 这会增加节点到端的电文丢失和网到节点的识别失败。 这个问题可能会随着LORAWAN网络数量的增加而恶化。 为了应对这一问题, 我们提议 IRONWAN, 一个无线超线超线连接网络, 在不修改基本协议的情况下共享通信资源。 它使用无线电通信的广播性质, 并允许开关到门户的通信便利搜索错误信息, 并传送已经收到并隐藏在重叠的网络网关口中的错误确认。 ICRONWAN 使用两种新算法, 即实时信息到节点快速发送信息, 在服务器没有收到预期的节点信息时, 这一问题可能会变得更糟。 Inference Sillence Sildorning 确保超网到端通信的通信不会对内进行负面通信, 同时提升。

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