LoRaEnergySim
1.0.0
El marco consta de tres componentes principales, es decir, nodos, una interfaz aérea y una puerta de enlace. Los nodos envían mensajes a la puerta de enlace a través de la interfaz aérea. Las colisiones y los mensajes débiles se detectan en el componente de la interfaz de aire. Los paquetes no recolectados y fuertes se entregan a la puerta de enlace, mientras que un mensaje de enlace descendente se programará si el nodo solicita.
@INPROCEEDINGS{8885739,
author={G. {Callebaut} and G. {Ottoy} and L. {van der Perre}},
booktitle={2019 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC)},
title={Cross-Layer Framework and Optimization for Efficient Use of the Energy Budget of IoT Nodes},
year={2019},
volume={},
number={},
pages={1-6},
}Otras publicaciones:
G. Callebaut, G. Ottoy and L. V. d. Perre, "Optimizing Transmission of IoT Nodes in Dynamic Environments,"
2020 International Conference on Omni-layer Intelligent Systems (COINS), 2020, pp. 1-5, doi: 10.1109/COINS49042.2020.9191674.
La fuente del marco se encuentra en la carpeta Framework . La carpeta de Simulations contiene algunos ejemplos.
Para comparar diferentes settings/configurations , es imperativo que las ubicaciones de los nodos sean las mismas para todas las simulaciones. Por lo tanto, un archivo generate_locations.py se incluye en los ejemplos.
Flujo de trabajo:
Simulation.py como se detalla aquí. Parámetros configurables:
Para cada simulación, se genera un conjunto aleatorio de ubicaciones dentro del área y se almacena en la location_file , que es un parámetro definido en el archivo GlobalConfig.py .
En el archivo de simulación, utilizará los bloques de construcción en el marco para simular un entorno específico y adquirir resultados como la energía consumida y el número de mensajes colisionados. Consulte Framework de la sección (a continuación) para parámetros y salida configurables. Consulte los comentarios en el Example>simulation.py sobre cómo escribir un archivo de simulación. En simulation.py carga las ubicaciones, especifique el objeto para contener los resultados y especifique lo que desea simular. En SimulationProcess , la simulación en sí misma se ejecuta. Se crea la puerta de enlace, los nodos se generan con sus parámetros Lora y su perfil de energía. Después de lo que se ejecuta la simulación. Después de completar una simulación, los resultados se extraen de los objetos y se devuelven, que se utilizarán en el archivo simulation.py .
El proyecto ahora se puede ejecutar primero ejecutando generate_locations.py y luego simulation.py .
Lea primero el documento para tener una comprensión más detallada del marco con respecto a la operación y limitaciones de Lorawan.
El modelo de propagación determina cómo los mensajes se ven afectados por el medio ambiente. Predice la pérdida de ruta, es decir, cuánto se atenúa la señal entre el transmisor y el receptor, para un entorno determinado. El PropagationModel.py contiene (actualmente) dos implementaciones:
Este modelo transforma la intensidad de la señal recibida (RSS) en una relación señal / ruido (SNR) por el método rss_to_snr . En este momento, el ruido solo se ve afectado por el ruido térmico. Esto da como resultado (db):
SNR = RSS - ( - 174 + 10 * log10 ( 125e3 ))Aquí se incluyen todos los parámetros específicos del protocolo Lora (Lorawan) y el consumo de energía medido relacionados con estos parámetros.
Los lorapackets se envían a través de la interfaz aérea desde los nodos a la puerta de enlace. LoRaPacket contiene una clase de mensaje de enlace ascendente y enlace descendente, incluidos metadatos e información relevantes sobre el estado del mensaje, por ejemplo, recibido, colisionado, ...
La clase de perfil de energía contiene el sueño, el procesamiento, la transmisión y la potencia recibida de un nodo. Esto puede ser diferente para cada nodo y se puede definir en el archivo simulation.py .
La clase de nodo contiene toda la información sobre el consumo de energía, el número de mensajes envío, el envío de carga útil, las retransmisiones, ... Los nodos actúan como nodos de IoT reales, uniéndose a la red, espera, dormir, transmisión y recepción. Su comportamiento se determina en el archivo simulation.py principal.
Después de ejecutar la simulación, puede extraer la siguiente iniformación:
energy_per_bit . Esta es la cantidad de energía consumida para enviar un poco de datos.transmit_related_energy_per_bit . Esto solo contiene el gasto de energía en el modo de transmisión.transmit_related_energy_per_unique_bit . Esto solo contiene el gasto de energía en el modo de transmisión y las retransmisiones TX'ed no se cuentan con los bits transmitidostotal_energy_consumedget_simulation_data : series = {
'WaitTimeDC' : self . total_wait_time_because_dc / 1000 , # [s] instead of [ms]
'NoDLReceived' : self . num_no_downlink ,
'UniquePackets' : self . num_unique_packets_sent ,
'TotalPackets' : self . packets_sent ,
'CollidedPackets' : self . num_collided ,
'RetransmittedPackets' : self . num_retransmission ,
'TotalBytes' : self . bytes_sent ,
'TotalEnergy' : self . total_energy_consumed (),
'TxRxEnergy' : self . transmit_related_energy_consumed (),
'EnergyValuePackets' : self . energy_value
}La interfaz aérea detecta colisiones y altera el objeto Lorapacket para que el nodo y la puerta de enlace sepan lo que sucedió durante la transmisión del mensaje. Emplea el modelo de propagación usado y el modelo SNR para determinar si la transferencia fue exitosa o no.
En la puerta de enlace, la SNR recibida se verifica y los mensajes debajo del umbral requerido se marcan como débiles y no se rx'ed. La puerta de enlace también maneja los mensajes DL si el nodo solicita.
P: No puedo encontrar globaconfig, ubicaciones, ....
R: Asegúrese de que el marco de las carpetas y las simulaciones estén marcadas como raíz de origen. Para PyCharm, haga clic derecho en el directorio de carpeta> Marcos como> raíz de origen
P: Sin salida en Ipython/Spyder
R: El código se ejecuta en Parralel de forma predeterminada y la salida STD no se maneja bien en ese caso. Puede ejecutar el código de manera secuente, consulte los comentarios en Ejemplo/Simulation.py con respecto a la función Pool.map en la parte inferior.
Citado en.
Simulador utilizado en:
