Internet of things area coverage analyzer (ITHACA) for complex topographical scenarios

Abstract

The number of connected devices is increasing worldwide. Not only in contexts like the Smart City, but also in rural areas, to provide advanced features like smart farming or smart logistics. Thus, wireless network technologies to efficiently allocate Internet of Things (IoT) and Machine to Machine (M2M) communications are necessary. Traditional cellular networks like Global System for Mobile communications (GSM) are widely used worldwide for IoT environments. Nevertheless, Low Power Wide Area Networks (LP-WAN) are becoming widespread as infrastructure for present and future IoT and M2M applications. Based also on a subscription service, the LP-WAN technology SIGFOXTM may compete with cellular networks in the M2M and IoT communications market, for instance in those projects where deploying the whole communications infrastructure is too complex or expensive. For decision makers to decide the most suitable technology for each specific application, signal coverage is within the key features. Unfortunately, besides simulated coverage maps, decision-makers do not have real coverage maps for SIGFOXTM, as they can be found for cellular networks. Thereby, we propose Internet of THings Area Coverage Analyzer (ITHACA), a signal analyzer prototype to provide automated signal coverage maps and analytics for LP-WAN. Experiments performed in the Gran Canaria Island, Spain (with both urban and complex topographic rural environments), returned a real SIGFOXTM service availability above 97% and above 11% more coverage with respect to the company-provided simulated maps. We expect that ITHACA may help decision makers to deploy the most suitable technologies for future IoT and M2M projects.

La cantidad de dispositivos conectados está aumentando en todo el mundo. No solo en contextos como Smart City, sino también en áreas rurales, para proporcionar funciones avanzadas como la agricultura inteligente o la logística inteligente. Por lo tanto, son necesarias las tecnologías de redes inalámbricas para asignar de manera eficiente las comunicaciones de Internet de las cosas (IoT) y de máquina a máquina (M2M). Las redes celulares tradicionales como el Sistema Global para comunicaciones móviles (GSM) son ampliamente utilizadas en todo el mundo para entornos IoT. Sin embargo, las redes de área amplia de baja potencia (LP-WAN) se están generalizando como infraestructura para aplicaciones actuales y futuras de IoT y M2M. Basado también en un servicio de suscripción, la tecnología LP-WAN SIGFOXTM puede competir con redes celulares en el mercado de comunicaciones M2M e IoT, por ejemplo en aquellos proyectos en los que la implementación de toda la infraestructura de comunicaciones es demasiado compleja o costosa. Para que los responsables de la toma de decisiones decidan la tecnología más adecuada para cada aplicación específica, la cobertura de la señal se encuentra dentro de las características clave. Desafortunadamente, además de los mapas de cobertura simulada, los tomadores de decisiones no tienen mapas de cobertura real para SIGFOXTM, ya que se pueden encontrar para redes celulares. De este modo, proponemos Internet de THings Area Coverage Analyzer (ITHACA), un prototipo de analizador de señal para proporcionar mapas y análisis automáticos de cobertura de señal para LP-WAN. Los experimentos realizados en la isla de Gran Canaria, España (con entornos rurales topográficos tanto urbanos como complejos), arrojaron una disponibilidad real del servicio SIGFOXTM superior al 97% y más del 11% más de cobertura con respecto a los mapas simulados proporcionados por la empresa. Esperamos que ITHACA ayude a los responsables de la toma de decisiones a implementar las tecnologías más adecuadas para proyectos futuros de IoT y M2M.

La quantitat de dispositius connectats està augmentant a tot el món. No solament en contextos com Smart City, sinó també en àrees rurals, per proporcionar funcions avançades com l'agricultura intel·ligent o la logística intel·ligent. Per tant, són necessàries les tecnologies de xarxes sense fils per assignar de manera eficient les comunicacions d'Internet de les coses (IoT) i de màquina a màquina (M2M). Les xarxes cel·lulars tradicionals com el Sistema Global per a comunicacions mòbils (GSM) són àmpliament utilitzades a tot el món per a entorns IoT. No obstant això, les xarxes d'àrea àmplia de baixa potència (LP-WAN) s'estan generalitzant com a infraestructura per a aplicacions actuals i futures de IoT i M2M. Basat també en un servei de subscripció, la tecnologia LP-WAN SIGFOXTM pot competir amb xarxes cel·lulars al mercat de comunicacions M2M i IoT, per exemple en aquells projectes en els quals la implementació de tota la infraestructura de comunicacions és massa complexa o costosa. Perquè els responsables de la presa de decisions decideixin la tecnologia més adequada per a cada aplicació específica, la cobertura del senyal es troba dins de les característiques clau. Desafortunadament, a més dels mapes de cobertura simulada, els prenedors de decisions no tenen mapes de cobertura real per SIGFOXTM, ja que es poden trobar per a xarxes cel·lulars. D'aquesta manera, proposem Internet de THings Area Coverage Analyzer (ITHACA), un prototip d'analitzador de senyal per proporcionar mapes i anàlisis automàtiques de cobertura de senyal per LP-WAN. Els experiments realitzats a la illa de Gran Canària, Espanya (amb entorns rurals topogràfics tant urbans com a complexos), van llançar una disponibilitat real del servei SIGFOXTM superior al 97% i més del 11% més de cobertura pel que fa als mapes simulats proporcionats per l'empresa. Esperem que ITHACA ajudi als responsables de la presa de decisions a implementar les tecnologies més adequades per a projectes futurs de IoT i M2M.