Κινητές τεχνολογίες για το διαδίκτυο των πραγμάτων

Abstract

The Internet of Things (IoT) represents one of the most significant advancements in modern technology, enabling millions of smart devices to autonomously collect and exchange data. Many of its applications are characterized by mobility, which increases the demand for reliable, flexible, and energy-efficient communication in dynamic, constantly changing environments. At the same time, most devices are constrained by limited resources, both in terms of processing power and memory, while being battery-powered and often deployed in remote or hard-to-reach locations. To address these specific requirements, Low Power Wide Area Networks (LPWANs) were developed, offering long-range connectivity, extremely low energy consumption, and low implementation cost. Among the available technologies, LoRaWAN stands out for its flexibility and ability to support large-scale networks in both urban and rural environments. However, LoRaWAN was originally designed for use with static devices. The existing Adaptive Data Rate (ADR) mechanism does not perform effectively in mobile scenarios, where signal quality and transmission conditions vary continuously. This doctoral dissertation proposes and evaluates different approaches to improve the performance of mobile LoRa devices, aiming to maintain energy efficiency and enhance transmission reliability in dynamic, demanding environments. The proposed solutions are based on optimizing the transmission process through appropriate adjustment of key parameters such as data rate and transmission power.

Το Διαδίκτυο των Πραγμάτων αποτελεί μια από τις πιο σημαντικές εξελίξεις της σύγχρονης τεχνολογίας, επιτρέποντας σε εκατομμύρια έξυπνες συσκευές να συλλέγουν και να ανταλλάσσουν δεδομένα αυτόνομα. Πολλές από τις εφαρμογές του χαρακτηρίζονται από κινητικότητα, γεγονός που εντείνει την ανάγκη για αξιόπιστη, ευέλικτη και ενεργειακά αποδοτική επικοινωνία σε δυναμικά και συνεχώς μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα. Παράλληλα, οι περισσότερες συσκευές διαθέτουν περιορισμένους πόρους, τόσο σε επεξεργαστική ισχύ όσο και σε μνήμη, ενώ τροφοδοτούνται από μπαταρίες και τοποθετούνται συχνά σε απομακρυσμένες ή δυσπρόσιτες περιοχές. Για την κάλυψη των ιδιαίτερων αυτών απαιτήσεων, αναπτύχθηκαν τα Low Power Wide Area Networks (LPWAN), τα οποία προσφέρουν συνδεσιμότητα μεγάλης εμβέλειας, εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και χαμηλό κόστος υλοποίησης. Ανάμεσα στις διαθέσιμες τεχνολογίες, το LoRaWAN ξεχωρίζει για την ευελιξία του και τη δυνατότητα υποστήριξης δικτύων μεγάλης κλίμακας, τόσο σε αστικά όσο και σε αγροτικά περιβάλλοντα. Ωστόσο, το LoRaWAN σχεδιάστηκε με την υπόθεση χρήσης στατικών συσκευών. Ο υπάρχων μηχανισμός Adaptive Data Rate (ADR) δεν ανταποκρίνεται ικανοποιητικά σε κινητικά σενάρια, όπου η ποιότητα σήματος και οι συνθήκες μετάδοσης μεταβάλλονται συνεχώς. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή προτείνονται και αξιολογούνται διαφορετικές προσεγγίσεις για τη βελτίωση της απόδοσης κινητών συσκευών LoRa, με στόχο τη διατήρηση της ενεργειακής αποδοτικότητας και την ενίσχυση της αξιοπιστίας της μετάδοσης σε δυναμικά και απαιτητικά περιβάλλοντα. Οι προτεινόμενες λύσεις βασίζονται στη βελτιστοποίηση της διαδικασίας μετάδοσης μέσω κατάλληλης ρύθμισης βασικών παραμέτρων, όπως ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων και η ισχύς εκπομπής.