An Optimization of Multiple Gateways Location Selection in large-scale LoRaWAN Networks using a Modified Variable Neighborhood Strategy Adaptive Search

Abstract

The concept of a smart city revolves around leveraging technology and innovation to enhance the quality of life and foster sustainable happiness for its residents. However, rural areas face limitations in terms of internet network coverage. LoRa technology has emerged as a viable solution that empowers wireless sensor devices in rural areas, enabling seamless connectivity to the cloud via the LoRaWAN communication protocol. Gateway location selection necessitates careful consideration of factors such as signal coverage and service equipment limitations. This research aims to (1) explore methods for selecting multiple gateway locations in LoRaWAN networks, (2) identify the optimal LoRaWAN network model for Ubon Ratchathani Province, and (3) compare the performance of different algorithms. The findings reveal that the most suitable LoRaWAN network model for the Ubon Ratchathani province consists of 144 gateways. Among the algorithms analyzed, the M-VaNSAS method proves to be the most efficient for gateway location selection, followed by the PSO, DE, and GA methods, respectively.

แนวคิดของเมืองอัจฉริยะ คือการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีและนวัตกรรม เพื่อยกระดับคุณภาพชีวิตและสร้างความสุขอย่างยั่งยืนให้กับผู้อยู่อาศัย อย่างไรก็ตามพื้นที่ชนบทยังมีข้อจำกัดในด้านการครอบคลุมของสัญญาณอินเทอร์เน็ต ซึ่งเทคโนโลยี LoRa กลายเป็นแนวทางที่จะทำให้สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์เซนเซอร์ไร้สายของพื้นที่ชนบท ให้เข้าถึงระบบคลาวด์โดยผ่านโพรโทคอลการสื่อสาร LoRaWAN สำหรับการเลือกตำแหน่งที่ตั้งเกตเวย์ จะต้องคำนึงถึงการครอบคลุมของสัญญาณและข้อจํากัดของอุปกรณ์ที่ให้บริการ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ (1) ศึกษาวิธีการเลือกตำแหน่งที่ตั้งแบบหลายเกตเวย์ในเครือข่าย LoRaWAN (2) หารูปแบบเครือข่าย LoRaWAN ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับจังหวัดอุบลราชธานี และ (3) เปรียบเทียบประสิทธิภาพของอัลกอริทึม ผลการวิจัยพบว่า รูปแบบเครือข่าย LoRaWAN ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับจังหวัดอุบลราชธานี ประกอบด้วย 144 เกตเวย์ และวิธีการ M-VaNSAS เป็นอัลกอริทึมที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการเลือกตำแหน่งที่ตั้งเกตเวย์ รองลงมาคือวิธีการ PSO, DE และ GA ตามลำดับ