ОПТИМІЗАЦІЯ РОЗМІЩЕННЯ LORAWAN GATEWAY У СИСТЕМАХ МОНІТОРИНГУ КОНТЕЙНЕРІВ ВІДХОДІВ З УРАХУВАННЯМ МЕХАНІЗМУ ADR
DOI:
https://doi.org/10.32689/maup.it.2026.2.7Ключові слова:
LoRaWAN, smart waste management, gateway, ADR, покриття мережі, IoT, контейнер відходів, LPWANАнотація
У статті розглянуто задачу оптимізації розміщення LoRaWAN gateway у міських системах моніторингу контейнерів відходів. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю побудови енергоефективної та масштабованої інфраструктури smart waste management, здатної забезпечити стабільну передачу телеметричних даних від великої кількості сенсорних вузлів за мінімально можливої кількості gateway. Показано, що традиційний підхід до планування LoRaWAN-мереж, заснований лише на зоні геометричного покриття, не враховує вплив міського середовища, типу контейнерів, умов радіопоширення та особливостей роботи механізму Adaptive Data Rate. Встановлено, що ADR є штатним інструментом LoRaWAN для адаптації параметрів передавання до умов каналу, однак його ефективність безпосередньо залежить від просторового розташування gateway та фактичних значень RSSI і SNR у точках встановлення кінцевих вузлів. На цій основі запропоновано метод оптимізації кількості та координат gateway, який поєднує критерії покриття, якості обслуговування, середнього spreading factor, енерговитрат вузлів і кількості gateway у єдину цільову функцію. Особливістю підходу є врахування специфіки систем моніторингу контейнерів відходів, зокрема наявності наземних і підземних контейнерів, неоднорідності забудови, нерівномірності розташування вузлів та вимог до гарантованої доставки даних. Запропонований метод дає змогу розглядати розміщення gateway не лише як задачу просторового покриття, а як задачу забезпечення таких умов каналу, за яких ADR переводить більшість вузлів у більш енергоефективні режими передавання без погіршення надійності зв’язку. Практична цінність роботи полягає у можливості зменшення надлишковості LoRaWAN-інфраструктури, обґрунтованого вибору точок встановлення gateway та підвищення ефективності функціонування smart waste management систем у міському середовищі.
Посилання
Bouras, C., Gkamas, A., Kokkinos, V., Papagiannopoulos, S., Poulopoulos, V., & Zourzoudis, T. (2024). Smart city IoT applications based on LoRaWAN: Challenges and open issues. Future Internet, 16(4), Article 113. https://doi.org/10.3390/fi16040113
Ibrahim, M., Elhoseny, M., Ramírez-González, G., Abu-Elnasr, O. M., & Shawkat, S. A. (2021). Smart waste management systems: A survey and an architecture proposal. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(23), Article 12867. https://doi.org/10.3390/ijerph182312867
Cruz, N., Montoya, G., Aguiar, A., & Silva, H. (2021). LoRaWAN and urban waste management - A trial. Sensors, 21(6), Article 2142. https://doi.org/10.3390/s21062142
Lozano, A., Caridad, J., De Paz, J. F., Villarrubia, G., & Bajo, J. (2018). Smart waste collection system with low consumption LoRaWAN nodes and route optimization. Sensors, 18(5), Article 1465. https://doi.org/10.3390/s18051465
LoRa Alliance. (2023). TS001-1.0.4 LoRaWAN® L2 1.0.4 specification. Fremont: LoRa Alliance.
Moysiadis, V., Sarigiannidis, P., Moscholios, I., & Vitsas, V. (2021). Extending ADR mechanism for LoRa-enabled mobile end-devices. Simulation Modelling Practice and Theory, 113, Article 102388. https://doi.org/10.1016/j.simpat.2021.102388
Al-Sammak, K. A., Dumitrescu, A. M., & Popescu, D. (2025). Optimizing LoRaWAN gateway placement in urban environments: A hybrid PSO-DE algorithm validated via HTZ simulations. Technologies, 13(6), Article 256. https://doi.org/10.3390/technologies13060256
Pires, L. M., Figueiredo, J., Martins, R., & Martins, J. (2025). IoT-enabled real-time monitoring of urban garbage levels using time-of-flight sensing technology. Sensors, 25(7), Article 2152. https://doi.org/10.3390/s25072152
Correia, F. P., Santos, M. A. B., Rodrigues, J. J. P. C., et al. (2023). LoRaWAN gateway placement in smart agriculture: An analysis of clustering algorithms and performance metrics. Energies, 16(5), Article 2356. https://doi.org/10.3390/en16052356
Augustin, A., Yi, J., Clausen, T., & Townsley, W. M. (2016). A study of LoRa: Long range and low power networks for the Internet of Things. Sensors, 16(9), Article 1466. https://doi.org/10.3390/s16091466
Adelantado, F., Vilajosana, X., Tuset-Peiro, P., Martinez, B., Melia-Segui, J., & Watteyne, T. (2017). Understanding the limits of LoRaWAN. IEEE Communications Magazine, 55(9), 34–40. https://doi.org/10.1109/MCOM.2017.1600613
Raza, U., Kulkarni, P., & Sooriyabandara, M. (2017). Low power wide area networks: An overview. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 19(2), 855–873. https://doi.org/10.1109/COMST.2017.2652320
Centenaro, M., Vangelista, L., Zanella, A., & Zorzi, M. (2016). Long-range communications in unlicensed bands: The rising stars in the IoT and smart city scenarios. IEEE Wireless Communications, 23(5), 60–67. https://doi.org/10.1109/MWC.2016.7721743
Cattani, M., Boano, C. A., & Römer, K. (2017). An experimental evaluation of the reliability of LoRa long-range low-power wireless communication. Journal of Sensor and Actuator Networks, 6(2), Article 7. https://doi.org/10.3390/jsan6020007
Folianto, F., Low, Y. S., & Yeow, W. L. (2015). Smartbin: Smart waste management system. In Proceedings of IEEE TENSYMP 2015 (pp. 1–5). https://doi.org/10.1109/TENCONSpring.2015.7146775
Marais, J. M., Malekian, R., & Abu-Mahfouz, A. M. (2022). LoRa and LoRaWAN testbeds: A review. arXiv preprint. https://doi.org/10.48550/arXiv.2205.12345
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
