Low Power Wide Area Network, Cognitive Radio and the Internet of Things: Potentials for Integration

Abstract

The Internet of Things (IoT) is an emerging paradigm that enables many beneficial and prospective application areas, such as smart metering, smart homes, smart industries, and smart city architectures, to name but a few. These application areas typically comprise end nodes and gateways that are often interconnected by low power wide area network (LPWAN) technologies, which provide low power consumption rates to elongate the battery lifetimes of end nodes, low IoT device development/purchasing costs, long transmission range, and increased scalability, albeit at low data rates. However, most LPWAN technologies are often confronted with a number of physical (PHY) layer challenges, including increased interference, spectral inefficiency, and/or low data rates for which cognitive radio (CR), being a predominantly PHY layer solution, suffices as a potential solution. Consequently, in this article, we survey the potentials of integrating CR in LPWAN for IoT-based applications. First, we present and discuss a detailed list of different state-of-the-art LPWAN technologies; we summarize the most recent LPWAN standardization bodies, alliances, and consortia while emphasizing their disposition towards the integration of CR in LPWAN. We then highlight the concept of CR in LPWAN via a PHY-layer front-end model and discuss the benefits of CR-LPWAN for IoT applications. A number of research challenges and future directions are also presented. This article aims to provide a unique and holistic overview of CR in LPWAN with the intention of emphasizing its potential benefits.

Deep Reinforcement Learning-Based Long Short-Term Memory for Satellite IoT Channel Allocation

“…In SIoT, physical layer mainly focuses to improve upon the channel efficiency. In order to have high power efficiency and very high immunity to interference, long range low power wireless area network (LoRa LPWAN) protocol has been proposed [35]. It has a battery life of >10 years.…”

The role of low‐power wide‐area network technologies in Internet of Things: A systematic and comprehensive review

“…Chaudhari et al 20 have aimed to define a powerful and organized approach to identify the main features of LPWAN applications, convert them into obvious needs, and derive related design considerations for current and upcoming technological candidates. Furthermore, Onumanyi et al 21 have surveyed the potential of integrating cognitive radio into LPWAN for IoT‐based applications. They have discussed the existing LPWAN technologies and summarized the latest LPWAN consortia, alliances, and standardization bodies.…”

Lpwan Standartlari Tabanli Bi̇li̇şsel Radyo Ağlari İçi̇n Spektrum Algilama Yaklaşimi

“…Bilişsel radyoda, ikincil kullanıcılar (Secondary Users, SUs), birincil kullanıcıların (Primary Users, PUs) yokluğunda lisanslı spektrum bandına fırsatçı bir şekilde erişmek için bu bilgileri algılayabilir ve kullanabilir. CRN, akıllı bilişsel radyo kablosuz kullanıcıları ve dinamik spektrum erişim yeteneklerinden oluşan bir ağ olarak tanımlanabilir [5,6]. CRN'ler ilk olarak, lisanssız spektrum bandı kullanıldığında karşılaşılan spektrum kıtlığı ve ağ tıkanıklığı sorununu çözmeye çalışırken tanıtılmıştır.…”

“…Lisanssız spektrum bandında, akıllı bilişsel radyo iletişim cihazları, spektrum kıtlığı gerçeğine dayanarak, SU'lar olarak adlandırılmış bilişsel radyo kullanıcılarına lisanslı spektrum bandına erişim ve orijinal kullanıcıları ile paylaşma izni verir. Ancak, bu paylaşımda, PU'lar olarak adlandırılmış orijinal kullanıcıların performansının etkilenmeyeceği garantisini vermek zorundadır [6]. Çünkü bilişsel radyo, PU'ların işlemlerine zararlı bir şekilde müdahale edebilir.…”

“…Yüksek performanslı NB-IoT yonga setleriyle hücresel bağlantı ve dijital güvenlik esaslı yeni LPWAN IoT modülleri, IoT cihaz üreticilerinin cihazlarının maliyetini ve boyutunu azaltmasına yardımcı olmaktadır. LTE-M, GSMA tarafından açıklandığı gibi, basitleştirilmiş cihaz karmaşıklığını, büyük bağlantı yoğunluğunu, düşük cihaz güç tüketimini, düşük gecikmeyi destekleyen ve LTE kurulu tabanın yeniden kullanılmasına izin verir[3,6,7]. LTE-M konuşlandırması, standart bir LTE taşıyıcısı içinde bant içi veya özel bir spektrumda bağımsız olarak yapılabilir.…”