LoRaWAN has emerged as an appealing technology to connect IoT devices but it functions without explicit coordination among transmitters, which can lead to many packet collisions as the network scales. State-of-the-art work proposes various approaches to deal with these collisions, but most functions only in high signal-to-interference ratio (SIR) conditions and thus does not scale to many scenarios where weak receptions are easily buried by stronger receptions from nearby transmitters. In this paper, we take a fresh look at LoRa's physical layer, revealing that its underlying linear chirp modulation fundamentally limits the capacity and scalability of concurrentLoRa transmissions. We show that by replacing linear chirps with their non-linear counterparts, we can boost the capacity of concurrent LoRa transmissions and empower the LoRa receiver to successfully receive weak transmissions in the presence of strong colliding signals. Such a non-linear chirp design further enables the receiver to demodulate fully aligned collision symbols - a case where none of the existing approaches can deal with. We implement these ideas in a holistic LoRaWAN stack based on the USRP N210 software-defined radio platform. Our head-to-head comparison with two state-of-the-art research systems and a standard LoRaWAN baseline demonstrates that CurvingLoRa improves the network throughput by 1.6-7.6x while simultaneously sacrificing neither power efficiency nor noise resilience. An open-source dataset and code will be made available before publication.


翻译:Lorawang已成为连接IoT装置的诱人技术,但它在发射机之间没有明确协调的情况下运作,这可能导致作为网络规模的多种包装碰撞。最先进的工作提出了处理这些碰撞的各种办法,但大多数功能都只能在信号对干预比率高的情况下进行,因此,不能扩大到接收能力薄弱的装置很容易被附近发射机更强的接收器所掩埋的许多情况。在本文中,我们重新审视LoRa的物理层,揭示其基本线性准调从根本上限制了同时传输LoRa的容量和可缩放性。我们表明,通过用非线性对等来取代线性响声,我们就可以提高同时传输LoRa的能力,并授权LoRa接收器在有强烈的对接信号的情况下能够成功接收较弱的传输。这种非线性扬声设计进一步使接收器能够降低完全一致的碰撞符号的分解度,而现有办法则无法同时处理。我们在基于USRP N210号的基线数据库中实施两个全面的LAWAN的堆叠配,而没有将展示一个标定的无线电平台。

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