Dynamic Gateway Positioning in Mobile LoRaWAN Networks. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF AsimAhmedkaroumThesisCGIS.pdf Restricted to Repository staff only until 3 March 2026. Download (21MB)

Arabic Abstract

شهدت تقنيات إنترنت الأشياء IoT توسعاً سريعاً، مما استلزم حلولاً شبكية قوية و فعالة لدعم العدد المتزايد من الأجهزة المتصلة. تعتبر تقنية LoRaWAN بارزة في هذا المجال بفضل قدراتها على الإتصالات طويلة المدى و إستهلاك الطاقة المنخفض. و مع ذلك، فإن وضع بوابات الشبكة في شبكات LoRaWAN يمثل تحديات، خاصة مع الأجهزة الطرفية المتنقلة. يقترح هذا البحث استراتيجية ديناميكية لوضع بوابات الشبكة لتعزيز أداء الشبكة. بإستخدام خوارزمية العنقدة الضبابية Fuzzy C-Means و خوارزمية معدل البيانات التكيفية المحسنة ADR، يطور هذا البحث طريقة لإعادة تموضع بوابات الشبكة ديناميكياً إستناداً إلى توزيع الأجهزة في الوقت الحقيقي. تم إختبار النهج المقترح من خلال محاكاة تضمنت هذه التحسينات للأجهزة المتنقلة. تكشف المحاكاة التي تقارن بين وضع بوابات الشبكة الديناميكي و الثابت عن تحسينات كبيرة في نسبة تسليم الحزم PDR و كفاءة الطاقة. حقق الوضع الديناميكي بإستمرار نسبة تسليم حزم أعلى و إستهلاك طاقة أقل مقارنة بالوضع الثابت عبر كثافات أجهزة متغيرة. بالإضافة إلى ذلك، أظهر التموضع الديناميكي لبوابات الشبكة أداءاً متفوقاً في الشبكات ذات الكثافة العالية، و تغطية قابلة للتكيف في البيئات الريفية و الحضرية، و فعالية في تقليل التصادمات عن إرتفاع معدلات إرسال حزم البيانات. يعزز هذا البحث تصميم شبكات LoRaWAN، حيث يوفر رؤى لتحسين وضع بوابات الشبكة في منظومات إنترنت الأشياء المتطورة، و يدعم نشر شبكات LoRaWAN المتنقلة الأكثر مرونة و كفاءة.

English Abstract

The Internet of Things (IoT) has rapidly expanded, necessitating robust and efficient network solutions to support the growing number of connected devices. LoRaWAN, known for its long-range communication capabilities and low power consumption, has emerged as a prominent technology in this domain. However, gateway placement in LoRaWAN networks presents challenges, especially with mobile IoT nodes. This thesis proposes a dynamic gateway placement strategy to enhance network performance. Utilizing the Fuzzy C-Means (FCM) clustering algorithm and an enhanced Adaptive Data Rate (ADR) algorithm, this research develops a method to dynamically reposition gateways based on real-time node distribution. The proposed approach was tested through simulations that incorporated these enhancements for mobile nodes. Simulations comparing dynamic and static gateway placements reveal significant improvements in packet delivery ratio (PDR) and energy efficiency. Dynamic placement consistently achieved higher PDR and lower energy consumption compared to static placement across varying node densities. Additionally, dynamic gateway placement demonstrated superior performance in high-density networks, adaptable coverage in both rural and urban environments, and effective collision mitigation at higher transmission frequencies. This research advances LoRaWAN network design, providing insights for improving gateway placement in evolving IoT landscapes, and supports the deployment of more resilient and efficient mobile LoRaWAN networks.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Computer Engineering Electrical
Department:	College of Computing and Mathematics > Computer Engineering
Committee Advisor:	Al-Awami, Louai Adnan
Committee Members:	Mahmoud, Ashraf S. and Barnawi, Abdulaziz Yagoub
Depositing User:	ASIM AHMEDKAROUM (g201907630)
Date Deposited:	03 Mar 2025 07:09
Last Modified:	03 Mar 2025 07:09
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143300