I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica E ng ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   25 ,   No .   1 J an u ar y   2 0 2 2 ,   p p .   4 2 5 ~ 4 3 9   I SS N:  2 5 0 2 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijeecs.v 25 .i 1 . pp 425 - 4 3 9          425       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   Co mpa ra tive stu dy  of low po wer   wide area  ne twor k bas ed on  interne o things   for sma rt  ci ty dep lo y ment in  B a ndu ng  cit y       M uh a m m a d Im a m   N a s hiru dd in 1 ,2 M a rul i Tu a   B a j a   Sih o t a ng 1 ,   M uh a m ma d Ar y   M urt i 1   1 S c h o o l   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   T e l k o m   U n i v e r si t y ,   B a n d u n g ,   I n d o n e si a   2 P e r u r i   R e sea r c h   I n st i t u t e   f o r   A u t h e n t i c i t y   ( P R I f A ) ,   Th e   I n d o n e si a n   G o v e r n men t   S e c u r i t y   P r i n t i n g   a n d   M i n t i n g   C o r p o r a t i o n   ( P ER U M   P ER U R I ) ,   Jak a r t a ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   21 2 0 2 0   R ev is ed   Dec   3 2 0 2 1   Acc ep ted   Dec   10 2 0 2 1       S m a rt  c it y   imp lem e n tatio n ,   s u c h   a sm a rt  e n e rg y   a n d   u ti li ti e s,  sm a rt  m o b il it y   &   tran sp o rtat io n ,   sm a rt  e n v iro n m e n t,   a n d   sm a rt  li v in g   i n   u rb a n   a re a is  e x p a n d in g   ra p i d ly   w o rld wi d e .   H o we v e r,   o n e   o t h e   b i g g e st  c h a ll e n g e th a t   n e e d   to   b e   so l v e d   is  t h e   se lec ti o n   o th e   a p p r o p r iate   in tern e o t h i n g ( Io T )   c o n n e c ti v it y   tec h n o lo g ies .   Th is  r e se a rc h   will   se e k   fo r   th e   b e st  c a n d id a te  l o w   p o we wi d e   a re a   n e two r k   (LP W AN tec h n o lo g ies   su c h   a l o n g - r a n g e   wi d e   a re a   n e two rk   (Lo Ra WAN),   n a rr o w - b a n d   i n tern e t   o f   th in g (NB - Io T),   a n d   ra n d o m   p h a se   m u lt ip le  a c c e ss   (RP M A)  fo r   Io s m a rt  c it y   d e p l o y m e n in   Ba n d u n g   c it y   is  b a se d   o n   Io T   n e two rk   c o n n e c ti v i ty   b e twe e n   with   six   tec h n ica e v a lu a ti o n   c rit e ria:  g a t e wa y   re q u irem e n ts,   traffic/d a ta  p ro jec ti o n ,   th e   b e st  sig n a lev e a re a   d istri b u ti o n ,   a n d   o v e rlap p in g   z o n e s.  Ba ss   m o d e is  c a rried   o u to   d e term in e   th e   c a p a c it y   fo re c a st.  Wh il e   in   c o v e ra g e   p re d ictio n ,   Lo Ra WAN  a n d   NB - I o u se   t h e   Ok u m u ra - Ha ta  p ro p a g a ti o n ,   a n d   Erce g - G re e n ste in   (S UI)  m o d e is  u se d   fo RP M A.  Ba se d   o n   th e   sim u latio n   a n d   p e rfo rm a n c e   e v a lu a ti o n   re su lt s,   RP M o u t p e rfo rm Lo Ra WA N   a n d   NB - Io T.   It  re q u ired   t h e   lea st  g a tew a y   n u m b e r   to   c o v e Ba n d u n g   c it y   with   t h e   b e st sig n a l   lev e ls an d   o v e rlap p in g   z o n e s .   K ey w o r d s :   L o n g - r an g wid e   ar ea   n etwo r k   L o p o wer   wid a r ea   n etwo r k   Nar r o w - b an d   in ter n et   o f   th i n g s   Netwo r k   p lan n i n g   R an d o m   p h ase  m u ltip le  ac ce s s   Sm ar t c ity   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mu h am m ad   I m am   Nash ir u d d i n   Sch o o l o f   E lectr ical  E n g in ee r in g T elk o m   Un iv e r s ity   T elek o m u n i k asi T er u s an   B u ah   B atu   I n d o n esia  Stre et,   4 0 2 5 7 ,   B an d u n g ,   I n d o n esia     E m ail:  im am n ash ir @ telk o m u n iv er s ity . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   Sm ar ci ty   is   a   co n ce p o f   u r b an   d ev elo p m en co n s is tin g   o f   ec o n o m ic,   s o cial,   an d   en v ir o n m en tal  asp ec ts   th at  f o cu s   o n   citizen s '   q u ality   o f   life .   Hea lth   ag i n g   an d   welf ar e ,   en e r g y ,   tr an s p o r tatio n ,   a n d   t h e   en v ir o n m en t,  a n   in cl u s iv e,   in n o v ativ e,   r ef lectiv e,   an d   s af s o ciety   will  b ec o m e   g lo b al  s o cial  ch allen g es  an d   ev en   I n d o n esia.  I n f o r m atio n   an d   co m m u n icatio n   tec h n o lo g y   ( I C T )   is   th p r im ar y   tech n o lo g y   b eh in d   th e   s m ar city   co m p lex ' s   d ev elo p m en t.  I n tellig en s y s tem s   th at  co n n ec th in g s   an d   th in f o r m atio n   wo r ld   a n d   p r o v i d e   an   au t o n o m o u s   m o d o f   o p e r atio n   ar e   r ec o g n ized   as   p ar t o f   th s o lu tio n   [ 1 ] .   T h s m ar city   is   e x p an d in g   an d   h as  b ec o m c o n tem p o r ar y   tr en d   in   all  m etr o p o l itan   ar ea s ,   co n s id e r in g   all  elem en ts   in   co m p letin g   s o lu tio n   co n n ec ted   to   u r b an   in f r astru ctu r e.   B an d u n g   city ,   wh ich   is   ca teg o r ized   as  an   u r b an   ar ea ,   is   o n o f   th m etr o p o litan   ci ties   in   I n d o n esia  th at  h as  lau n ch ed   s m ar city   d ev elo p m e n t.  Ho wev er ,   th d ep lo y m en o f   s m ar city   is   s ig n if ican ch allen g in   u r b a n   a r ea s   d u to   with o u t   ap p r o p r iate   m a n a g em e n o r   d iv er tin g   t h d ir ec tio n   o f   n ee d s   wo u ld   ca u s th e   o p e r atio n a co s ts   to   s o ar   [ 2 ] B an d u n g   c ity   is   th ca p ital  city   o f   west  J av p r o v in ce   with   an   ar ea   o f   1 6 7 . 3 1   k m 2   a n d   a n   u n ev en   to p o g r ap h y ;   it  co n s is ts   o f   3 0   d is tr icts   in   wh ich   2 . 5   m illi o n   p eo p le  liv e.   B an d u n g   c ity   is   o n e   o f   I n d o n esia ' s   m o s p o p u lo u s   cities  wi th   s ev er tr af f ic  jam s ,   f lo o d s ,   an d   in f r astru ctu r m ain ten an ce .   B ased   o n   th 2 0 2 0 - 2 0 2 4   n atio n al   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  25 ,   No .   1 J an u ar y   20 22 425 - 4 3 9   426   m ed iu m   ter m   d ev el o p m en p l an   ( R PJ MN )   o f   th r ep u b lic  o f   I n d o n esia,  d ev elo p m en p o licies  an d   s tr ateg ies   in   r ea lizin g   s m ar t   c ity   ca n   b e   d o n b y   u tili zin g   r eliab le  I C T   in   to wn   s er v ices.   T h lo p o wer   wid a r ea   n etwo r k   ( L PW AN ) - b ased   i n ter n et  o f   th in g s   ( I o T )   is   n e wir eless   tr en d in g   tech n o lo g y   to   h elp   p eo p le  o v er c o m g lo b al  ch allen g es.  As  f o r   s o m o f   th I o T   co n n ec tiv ity   tech n o lo g y   ch ar ac ter is tics lo p o wer   an d   lo n g - r an g e,   leg ac y   wir eless   s er v ices  th at  p r o v id p o wer lo n g - r an g ( ce llu lar   tech n o lo g y 3 G/4 G) ,   lo p o wer   an d   lo ng - d is tan ce s h o r ( ex B lu eto o th ,   Z ig   B ee ,   an d   W iFi ) ,   an d   lo p o wer   wid ar ea   n etwo r k   ( L PW AN) ,   as  illu s tr ated   in   Fig u r 1 .   L PW AN - b ased   I o T   is   n ew  wir eless   tech n o lo g y   em er g in g   to   s u p p o r th I o T   p ar ad ig m   with   ch ea p er   o p er atio n   th an   tr ad itio n al  ce llu lar   n etwo r k   s y s tem s   an d   b etter   p o wer   ef f icien cy   [ 3 ] .   Fig u r 1   s h o ws   th at  L PW AN   is   s u p er io r   in   co s t,  lo p o wer   co n s u m p tio n ,   co v er ag e ,   an d   g eo g r a p h ic  c o v er a g p e n etr at io n   th a n   ce llu lar   an d   s h o r t   r a n g d ev ice  ( SR D) .   Ho wev er ,   L PW AN  h as lo d ata  th r o u g h p u t a n d   d elay .           Fig u r 1 .   W ir eless   tech n o lo g y   co m p ar is o n   [ 4 ]       L PW AN  is   d iv id ed   in to   two   licen s in g   s tan d ar d s th 3 rd   g en er atio n   p ar tn er s h ip   p r o je ct  ( 3 GPP )   s tan d ar d   ( licen s ed   s p ec tr u m )   an d   n o n - 3 GPP  s tan d ar d   ( f r ee   licen s s p ec tr u m ) .   Un d er   th e   R eg u latio n   o f   th d ir ec to r - g e n er al  o f   r eso u r ce s   an d   eq u ip m e n o f   p o s an d   in f o r m atio n   tech n o lo g y   ( Per d ir j en   SDPP I )   n o .   3   i 2 0 1 9 ,   th L PW AN  f r eq u en cy   b an d   is   9 2 0 - 9 2 3   MH z   [ 5 ] N ar r o w - b an d   in ter n et  o f   th in g s   ( NB - I o T ) lo n g - r an g wid ar ea   n etwo r k   ( L o R aWA N ) ex ten d ed   co v e r ag e - g lo b al  s y s tem   f o r   m o b ile  co m m u n icatio n s   ( EC - GSM ) lo n g   ter m   e v o lu tio n   f o r   m ac h in es  ( LTE - M ) ,   an d   Sig f o x   tech n o lo g ies  ap p ly   f r eq u en cy   b an d s   at   9 2 0 - 9 2 3   MH z,   in   co n tr ast to   r a n d o m   p h ase  m u ltip le  ac ce s s   ( R PMA )   as   s h o wn   in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   L PW AN  wo r k   f r e q u e n cy   an d   s p ec tr u m   s tan d a r d s   f o r   Asi [ 6 ]   LPW A N   3 G P P   R e l .   1 3   S t a n d a r d   N o n - 3 G P P   S t a n d a r d   NB - I o T   LTE - M   EC - G S M   Lo R a W A N   S i g f o x   R P M A   9 3 9 . 8   M H z   9 3 9 . 8   M H z   7 0 0 - 9 0 0   M H z   9 0 0   M H z   9 2 3   M H z   9 2 0 . 8   M H z   2 . 4   G H z       T h d ep lo y m e n o f   th L PW AN  tech n o lo g ies  is   p r esen ted   in   Fig u r 2 ,   with   Fig u r 2 ( a)   s h o ws  th e   NB - I o T   an d   L T E - d ep lo y m en t,  Fig u r e   2 ( b )   p r esen ts   th L o R aWAN  d ep lo y m en t,   Fig u r 2 ( c)   illu s tr ates   Sig f o x   d ep lo y m en an d   Fig u r 2 ( d )   d is p lay s   th R PMA  d ep lo y m e n i n   I n d o n esia  an d   ar o u n d   th wo r l d .   L o R aWAN  an d   Sig f o x   h av th s am f r eq u en c y   b an d   an d   s p ec tr u m   s tan d ar d s   ch ar ac ter is t ics.  Ho wev er ,   NB - I o T   u s es  licen s ed   s p ec tr u m ,   an d   R PMA  is   n o n - 3 GPP  L PW AN  s tan d ar d   th at  u s es  an   o p er atin g   f r eq u en c y   o f   2 . 4   GHz .   Pre v io u s   s tu d ies  h av ex p l o r e d   th u s o f   NB - I o T   an d   L o R aWAN  n etwo r k   p lan n in g   f o r   s ev er al  u s ca s es,  n am ely   AM I   in   d en s e - u r b an   [ 7 ] ,   u r b a n ,   a n d   s u b - u r b an   [ 8 ] [ 9 ] .   Ho wev er ,   m i n im a in f o r m atio n   was  f o u n d   r eg ar d in g   th d ep lo y m e n o f   NB - I o T   an d   L o R aWAN  n etwo r k s   f o r   AM I ,   s u p p o r ti n g   m u ltip le  u s ca s es   s im u ltan eo u s ly   in   o n n etwo r k ,   esp ec ially   in   u r b a n   s ce n ar i o s .   T h er ef o r e,   t h is   s tu d y   aim s   to   ex p lo r NB - I o T   an d   L o R aWAN  tech n o lo g ies  as  n etwo r k   co n n ec tiv ity   f o r   s m ar city   s er v ices  in   B an d u n g   city ,   r e p r esen tin g   th e   u r b a n   ar ea   a n d   s p ec ial  ec o n o m ic  zo n in   I n d o n esia.   I n   p ar ticu lar ,   d esig n   o f   s tu d y   co m p ar ativ L PW AN:  L o R aWA N,   NB - I o T ,   an d   R PMA  b ased   o n   ca p ac ity   an d   co v er ag e   p lan n in g   an al y s is .   L PW AN  tech n o lo g y   is   c h o s en   b ased   o n   wo r k   s tan d ar d s ,   wo r k in g   fr eq u e n cy ,   an d   d e v elo p m e n in   I n d o n esia.  Netwo r k   p lan n in g   f o r   L o R aWAN,  NB - I o T ,   an d   R PMA  s m ar city   is   b ased   o n   ca p ac ity   an d   co v er ag an aly s is .   T h ca p ac ity   an a ly s is   is   th n u m b er   o f   d ata  s ess io n s   co n d u cted   in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       C o mp a r a tive  s tu d o f lo w   p o w er w id a r ea   n etw o r b a s ed   o n   in tern et  …  ( Mu h a mma d   I ma N a s h ir u d d in )   427   an   ar ea   with in   a   ce r tain   p er io d ,   wh ile   th c o v er a g an a ly s is   is   th p er ce n tag e   o f   th g eo g r ap h ic   ar e a   ( B an d u n g   city ) .   Fu r th er m o r e,   th au th o r s   will  an aly ze   th tech n o lo g y   c o m p ar is o n   in   th d is tr ib u tio n   o f   L PW AN  in   B an d u n g   c ity .           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )     Fig u r 2 .   Dep l o y m en o f   L PW AN  tech n o lo g ies :   ( a)   NB - I o T   an d   L T E - M,   ( b )   L o R aWAN,  ( c)   Sig f o x ,   a n d     ( d )   R PMA  ar o u n d   th wo r l d       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   B an d u n g   c ity ,   wh ich   is   th ca p ital  o f   W est  J av Pro v in ce ,   h as  an   ar ea   o f   1 6 7 . 3 1   k m 2 .   B an d u n g   c ity ' s   p o p u latio n   is   p r o jecte d   to   h av 2 . 5   m illi o n   in   2 0 1 9 .   Hen ce ,   b ef o r e   L PW AN - b ased   I o T   co n n ec tiv ity   s er v ices   ar im p lem en ted   in   B an d u n g   city   it is   cr u cial  to   p r o ject  th i n itial v alu in   f u tu r m ar k et  p r o jectio n s .   I t c an   b e   d o n b y   p r o jectin g   th n u m b er   o f   d ev ices   th at  n ee d   to   b p r ed icted   in   th is   s tu d y ' s   im p lem en tatio n   o f   a n   ef f ec tiv n etwo r k   with   a   ten - y ea r   r an g e .   T h co v er ag e   an d   tr af f ic  r e q u ir em e n ts   ar th b a s ic  r eq u ir em en ts   in   d ep lo y in g   L PW AN  n etwo r k   p lan n in g .     2 . 1 .     Ca pa ci t y   a na l y s is   2 . 1 . 1 .   Su bs cr i ber  dem a nd   f o re ca s t ing     Data /tra f f ic  r eq u ir em en ts   o f   L PW AN  ar an o th er   f ac to r   in   t h p r ep a r atio n   o r   ca lc u latio n   o f   n etwo r k   d ep lo y m e n t.  T h is   r esear ch   was  co n d u cted   f r o m   2 0 2 0   to   2 0 3 0 .   Fo r ec asti n g   m o d elin g   th n u m b er   o f   d ev ices   with   th b ass   m o d el  [ 1 0 ] ,   as in :     ( ) = 1 ( + ) 1 + ( + )   ( 1 )     > 0   is   th in n o v atio n   co ef f icien wh ich   is   th p r o b ab ilit y   o f   an   in itial  p u r ch ase  at  th s tar o f   n ew  n etwo r k   d ep lo y m e n t,  an d   0   is   th im itati o n   co ef f icien t w h ich   r e f er s   to   th g r o u p   s ize  o f   f u tu r e   u s er s .     2 . 1 . 2 .   T ra f f ic  re qu irem ent s   pro j ec t io n   Data /tra f f ic  r eq u ir em en ts   d o   n o d ep en d   o n   th m et h o d   o f   d ep lo y in g   th L PW AN.   Data /tr af f ic  an aly s is   in   im p lem en tatio n   is   b ased   o n   r ef er e n ce s   [ 1 1 ] .   On o f   t h p o wer f u f ea tu r es  is   th o n - d em a n d   co n tr o l   r eq u ir em e n ts ,   in   ad d itio n   to   s ch ed u led   c o n tr o ls   o r   r ea d s .   C o m m an d - b ased   r e q u ests   r eq u i r n etwo r k   th at  lis ten s   an d   r esp o n d s   to   o n - d e m an d   co m m an d s   p r o m p tly .   So ,   b an d wid th   is   n o n e ce s s ar y   s in ce   o n ly   l aten cy   i s   th m o s r e q u ir ed .   T h er ef o r e,   I o T   wir eless   co n n ec tiv ity   m u s s u p p o r t   two - way   co m m u n ica tio n   to   en s u r e   lo n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  25 ,   No .   1 J an u ar y   20 22 425 - 4 3 9   428   s er v ice  life   an d   f u ll  f u n ctio n a lity .   Featu r es  an d   tech n ical  r e q u ir em en ts   o f   t h s m ar cit y   ap p licatio n   in   th is   s tu d y   ar e   s h o wn   in   T ab le  2 .       T ab le  2 Sm ar t c ity   tec h n ical  r eq u ir em en ts   [ 1 2 ] [ 1 3 ]   U se  c a se   Ev e n t   t r e q u e n c y   P a y l o a d   U t i l i t y - M e t e r   M e t e r - U t i l i t y   M e t e r   r e a d i n g   o n - d e ma n d   2 5   p e r   1 0 0 0   me t e r   p e r   d a y   2 0 0   8 0 0   M e t e r   r e a d i n g   sc h e d u l e d   1   p e r   m e t e r   p e r   6   h o u r s   1 2 , 8 0 0   1 2 , 8 0 0   M e t e r   s y st e e v e n t s   4   p e r   1 0 0 0   m e t e r   p e r   m o n t h     2 , 2 2 4   O u t a g e   r e s t o r a t i o n   a n d   m a n a g e me n t   ( O R M )   1   p e r   m e t e r   p e r   e v e n t     2 0 0   R e a l   t i m e   p r i c i n g   ( R TP)   6 0   p e r   1 0 0 0   me t e r   p e r   d a y   8 0 0   2 0 0   Ti me   o f   u s e   ( T o U )   p r i c i n g   6 0   p e r   1 0 0 0   me t e r   p e r   d a y   8 0 0   2 0 0   S e r v i c e   sw i t c h   o p e r a t i o n   5 0   p e r   1 0 0 0   me t e r   p e r   d a y   2 0 0   2 0 0       2. 2 .   Co v er a g e   a na ly s is   C o v er ag p lan n in g   a n aly s is   u s es  th lin k   b u d g et  ca lc u latio n s .   T h e   r esu lts   o f   co v er ag e   p l an n in g   ar e   an ticip ated   to   o b tain   th e   ce l r ad iu s ,   wh ich   will  th en   im p ac th co v er a g ar ea ,   g atew ay   o r   eNo d eB   co n f ig u r atio n ,   an d   p r o p ag atio n   m o d els.  I n   ad d itio n ,   lin k   b u d g et  ca lcu latio n   o b tain s   th m ax im u m   p o s s ib le  p ath   lo s s   esti m at io n   f r o m   th g ain s   an d   lo s s es  o f   th an ten n tr an s m itter   to   th r ec eiv er ,   as  f o r m u lated   an d   illu s tr ated   in   ( 2 )   a n d   Fig u r e   3   [1 4 ] [1 5 ] .      =   +  +     ( 2 )           Fig u r 3 .   Sy s tem s   g ain - lo s s   p r o f ile  f o r   lin k   b u d g et  ca lcu la tio n   [ 1 6 ]       Path   lo s s   ca lcu latio n s   ar ca r r ied   o u b etwe en   t h tr an s m i tter   an d   r ec eiv er   u s in g   th p r o p ag atio n   m o d el  a n d   o th er   r a d io   wa v es  p r o p a g atio n   ca lcu latio n s   s u ch   as  d if f r ac tio n   an d   im a g f ad in g .   T h p r o p a g atio n   m o d el  is   m ath em atica r ep r e s en tatio n   o f   th av er a g lo s s   in   s ig n al  s tr en g th   o v e r   d is tan ce .   Dif f r ac tio n   lo s s   an d   s h ad o f a d in g   m ar g i n   ar ad d e d   to   av er a g in g   th ese  lo s s es  to   o b tain   p r ec is p ath   lo s s   v alu es.  T h p ath   lo s s   m atr ix   is   ca lcu lated   f o r   ea ch   tr an s m itter ,   an d   th r esu lts   ar u s ed   in   ca lcu latin g   t h co v er ag e.   T h e   ca lcu latio n   m eth o d   m ay   d if f er   d ep en d in g   o n   th a n aly s is   p er f o r m ed ,   as sh o wn   in   T a b le  3 .       T ab le  3 .   Def a u lt  p r o p ag atio n   m o d el  [1 7 ]   P r o p a g a t i o n   m o d e l   Er c e g - G r e e n st e i n   ( S U I )   O k u m u r a - H a t a   F r e q u e n c y   b a n d   1 9 0 0 - 6 0 0 0   M H z   1 5 0 - 1 5 0 0   M H z   P h y s i c a l   p h e n o me n a   ( , ,  ,  )   ( , ,  )   D i f f r a c t i o n   c a l c u l a t i o n   m e t h o d   D e y g o u t   ( 1   o b st a c l e )   D e y g o u t   ( 1   o b st a c l e )   P r o f i l e - b a s e d   o n   D i g i t a l   T e r r a i n   M o d e l   D i g i t a l   T e r r a i n   M o d e l   P r o f i l e   e x t r a c t i o n   mo d e   R a d i a l   R a d i a l   C e l l   s i z e   M a c r o c e l l   &   M i n i c e l l   M a c r o c e l l   &   M i n i c e l l   R e c e i v e r   l o c a t i o n   S t r e e t   S t r e e t   U se   R P M A   Lo R a W A N   & N B - I o T   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       C o mp a r a tive  s tu d o f lo w   p o w er w id a r ea   n etw o r b a s ed   o n   in tern et  …  ( Mu h a mma d   I ma N a s h ir u d d in )   429   T h Ok u m u r a - Hata   f o r m u la s   em p ir ically   d escr ib th p ath   lo s s   as  f u n ctio n   o f   f r eq u en c y ,   tr an s m itter - r ec eiv er   d is tan ce ,   an d   an ten n h eig h f o r   an   u r b an   ar ea .   T h is   f o r m u la  ap p lies   to   f lat,   u r b an   en v ir o n m en ts   an d   a   1 . 5 - m eter   L PW an ten n h eig h t.  T h p a th   lo s s   ( L u )   is   ca lcu lated   in   d B   b y   u s in g   ( 3 ) :        =   69 . 55 + 26 . 16 l og ( ) 13 . 82 l og   (  ) + ( 44 . 90 6 . 55 l og (  ) ) l og   ( 3 )     T h E r ce g - Gr ee n s tein   p r o p a g atio n   m o d el  is   s tati s tical  m o d el  o f   p ath   lo s s   f r o m   ex p er i m en tal  d ata   co llected   at  1 . 9   GHz   at   9 5   m ac r o ce lls .   T h is   p r o p ag atio n   m o d el  is   v er y   s u itab le  f o r   d is tan ce s   b ased   o n   th e   f r eq u e n cy   an d   h ei g h o f   th G atew ay   an ten n a.   T h lin e   lo s s   m o d el  a p p lies   an ten n a   h eig h t s   f r o m   1 0   to   8 0   m ,   g atew ay   d is tan ce s   f r o m   0 . 1   to   8   k m ,   a n d   th r ee   ter r ain   ca teg o r ies.  T h S UI   m o d el  is   d iv id ed   in to   th r ee   ty p es o f   ter r ain : A ,   B ,   an d   C ,   as sh o wn   in   T ab le  4 .       T ab le  4 .   SUI   ter r ai n   ty p es   M o d e l   P a r a me t e r   Te r r a i n   A   Te r r a i n   B   Te r r a i n   C   A   4 . 6   4 . 0   3 . 6   b   ( 1 )   0 . 0 0 7 5   0 . 0 0 6 5   0 . 0 0 5   c ( )   1 2 . 6   1 7 . 1   20   X   1 0 . 8   1 0 . 8   20       T h E r ce g - Gr ee n s tein   p r o p ag a tio n   m o d el  ( SUI )   f o r m u la  is   d er iv ed   f r o m   ( 4 ) - ( 6 ) :      = 7 . 366 + 26 × l og 10 ( ) + 10 × (  ) × ( 1 + l og 10 ( ) ) (  )   ( 4 )     (  )   is   th co r r ec tio n   f o r   r ec ei v in g   an ten n h eig h d if f er en t   f r o m   1 . 5   m .   W h en   th r ec ei v er   an ten n a   h eig h t is e q u al  to   1 . 5   m ,   (  )   ap p r o ac h es 0   d B   r e g ar d less   o f   f r e q u en cy :     (  ) = 3 . 2 ( l og ( 11 . 75  ) ) 2 4 . 97   ( 5 )     t h m o d elin g   s ce n ar io   u s ed   in   d eter m in in g   t h L PW A N   co v er ag ar ea   u s es a   h ex ag o n al  ap p r o ac h :     = 3 2 2 3   ( 6 )     e ach   g atew ay   o r   eNo d eB  o f   t h L PW n etwo r k   co n n ec tiv i ty   tech n o lo g y   s y s tem   ( L o R aWAN,  NB - I o T ,   an d   R PMA)   h as  its   r an g e,   wh ich   will  af f ec th co v er ag o f   t h e   ar ea   s er v ed .   T h e   ar ea   ca n   b e   ca lcu lated   f r o m   s ix   h ex ag o n al  eq u ilater al  tr ian g les.     2. 3 .   L P WAN  co m pa r a t iv a s s es s m ent   co m p ar ativ s tu d y   is   th p r im ar y   m u lti - attr ib u te  d ec is io n - m ak i n g   to o DE Xi  b ec au s o f   th e   tr em en d o u s   d im en s io n al  o p ti m izatio n   p r o b lem .   I ev alu ate s   an d   co n tr asts   two   o r   m o r it em s   o r   id ea s   s id b y   s id e.   Fu r th er m o r e,   c o m p a r a tiv s tu d y   is   s tu d y   th at  d e m o n s tr ates  th ca p ac ity   t o   as s ess ,   co m p ar e,   an d   co n tr ast  s u b jects  o r   id ea s   wi t h   o th er   is s u es  o r   id ea s .   C o m p ar ativ r esear ch   in d icate s   h o two   p r o b lem s   ar e   s im ilar   o r   d is tin ct  to p ics.  I n   a d d itio n ,   th i n p u ts   to   th e   an al y s is   ar th e   ex p r ess ed   d i f f e r e n m o d el  attr ib u tes  an d   d o m ain   r a n g es.       3.   RE SU L T A ND  D IS CU SS I O N   3 . 1 .     F o re ca s t ing   o f   I o T   s m a rt   cit y   penet ra t io n   Fo r ec asti n g   I o T   d e v ice  s h ar e   i s   an   ea r ly - s tag an al y s is   in   p r o ce s s in g   p r o jectio n   d ata.   I t   is   co m m o n l y   u tili ze d   f o r   o b tain in g   th f u n d am en tal  d em a n d s   o f   d ev ice  n ee d s   o f   L PW AN - b ased   I o T   co n n ec tio n   th at  is   p er f o r m ed   o n   th p r o jecte d   d a ta.   Ad d itio n ally ,   th is   f o r ec asts   th p en etr atio n   d e p th   f o r   th I o T   o p er at o r   wh en   im p lem en tin g   th L PW AN  te ch n o lo g ies  in s id th d esig n ated   s tu d y   r eg io n .   T h is   r esear ch ,   later ,   p r o v id es  an   esti m ated   n u m b er   f o r   th I o T   d ev ice  s h ar r e q u ir e d   f o r   s m a r c ity   d ep lo y m en i n   B an d u n g   cit as  r esu lt  o f   its   f in d in g s .       3 . 1 . 1.   F o re ca s t ing   o f   I o T   s ma rt   cit y   dev ices nee ded   B an d u n g   city   is   th ca p ital  o f   W est  J av a.   B an d u n g   city   is   also   k n o wn   as  city   f o r   s h o p p in g   a n d   cu lin ar y   to u r is m   in   th R ep u b lic  o f   I n d o n esia.  I n   2 0 1 9 ,   t h er wer 2 , 5 0 7 , 9 0 0   in h ab itan ts .   T h to tal  p o p u latio n   o f   B an d u n g   city   in   2 0 2 0   is   2 , 5 2 9 , 5 6 1   p eo p le.   T h e   n u m b er   o f   co n n ec ted   I o T   d ev ices  in   th city   m u s b e   p r ep ar e d   to   d eter m in L o R aWAN  ca p ab ilit ies.  Fo r ec asti n g   u s er s   o f   L PW AN - b ased   I o T   d ev ices  is   d o n e   b y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  25 ,   No .   1 J an u ar y   20 22 425 - 4 3 9   430   u s in g   th e   g eo m et r ic  m eth o d .   T h n u m b er   o f   I o T   d ev ices  ca n   b e   s elec ted   b ased   o n   th e   tr ad itio n al   s er v ice  u s er s .   T h n u m b er   o f   c o n n ec t ed   d ev ices  in   B an d u n g   C ity ,   as  s h o wn   in   T ab le  5 .   T h e   n u m b er   o f   L PW A - b ased   I o T   d ev ices  co n n ec ted   to   s m ar city   in   B an d u n g   cit y   is   2 , 0 7 7 , 3 3 5 .   s m ar e n er g y   &   u ti liti es  ar th m o s t   s ig n if ican co n n ec te d   d e v ices  is   5 3 %,  s m ar liv in g   is   0 %,  s m ar m o b ilit y   &   tr an s p o r tatio n   is   4 3 %,  an d   s m ar en v ir o n m en t is 4 %,  as illu s tr ated   in   Fig u r 4 .       T ab le  5 B an d u n g   city s   class i f icatio n s   ty p f o r   s m ar t c ity   d e m o g r ap h ics p r o jectio n   ar ea   in   2 0 2 0   I o smar t   c i t y   G r o w t h   r a t e   N u mb e r   o f   d e v i c e s   D e n si t y   p e r   s q .   k m   2 0 2 0   2 0 3 0   S mart  e l e c t r i c i t y   me t e r i n g   3 . 3 0 %   1 , 0 2 2 , 6 9 0   1 1 , 6 7 5 , 3 3 3   6 9 , 7 8 2 . 6 4   S mart  w a t e r   m e t e r i n g   1 . 4 2 %   1 8 5 , 5 6 3   5 3 4 , 2 7 9   3 , 1 9 3 . 3 5   S mart  f u e l   me t e r i n g   3 . 3 0 %   2 9 5   3 , 4 0 1   2 0 . 3 3   S mart  g a s   me t e r i n g   3 . 3 0 %   99   1 , 1 6 4   6 . 9 6   S mart  l i g h t i n g   3 . 3 0 %   3 0 5 , 7 4 9   3 , 4 9 0 , 5 4 1   2 0 , 8 6 2 . 7 2   S mart  e n e r g y   u t i l i t i e s   2 . 9 2 %   1 , 5 0 8 , 3 1 4   1 3 , 0 9 9 , 1 0 9   7 8 , 2 9 2 . 4 5   S mart   p a r k i n g   8 . 3 5 %   6 , 9 8 7   2 , 8 6 0 , 9 9 3   1 7 , 0 9 9 . 9 5   S mart  t r a f f i c   l i g h t   8 . 3 5 %   8 2 8   3 3 9 , 5 2 4   2 , 0 2 9 . 3 1   S mart  p u b l i c   t r a n s p o r t   8 . 3 5 %   1 8 , 2 0 6   7 , 4 5 4 , 3 2 7   4 4 , 5 5 3 . 9 8   S mart  m o b i l i t y   & t r a n s p o r t a t i o n   8 . 3 5 %   2 6 , 0 1 8   1 0 , 6 5 2 , 6 0 8   6 3 , 6 6 9 . 8 8   S mart  w a s t e   ma n a g e m e n t   0 . 1 9 %   3 8 1 , 4 6 1   4 3 9 , 8 2 8   2 , 6 2 8 . 8 2   S mart  a i r   q u a l i t y   m o n i t o r i n g   1 . 4 7 %   1 6 , 6 5 2   4 9 , 7 6 2   2 9 7 . 4 2   S mart  w a t e r   q u a l i t y   mo n i t o r i n g   1 . 4 2 %   3 0 9 , 3 0 2   8 9 0 , 5 4 9   5 , 3 2 2 . 7 5   S mart  e n v i r o n me n t   1 . 0 3 %   5 2 9 , 8 3 6   1 , 1 3 9 , 8 4 9   6 , 8 1 2 . 8 0   S mart  d i s a st e r   w a r n i n g   & a l e r t   s y st e m s   1 . 0 3 %   1 3 , 1 6 7   2 2 , 2 5 7   1 3 3 . 0 3   To t a l   I o d e v i c e   s h a r e   2 , 0 7 7 , 3 3 5   2 4 , 9 1 3 , 8 2 3   1 4 8 , 9 0 8 . 1 5           Fig u r 4 .   Per ce n ta g o f   s m ar city   d ev ices in   2 0 3 0       3. 1. 2 .   F o re ca s t ing   o f   I o T   s ma rt   cit y   dev ice   s ha re   T h n u m b er   o f   d ev ices c o n n ec ted   to   B an d u n g   cit y   is   ar o u n d   2 , 0 7 7 , 3 3 5 .   T h ese  d e v ices f o r m   th b asis   f o r   th p r o jectio n   o f   d e v ice   s h ar es.  I n   o r d er   to   m ee th ap p r o p r iate  I o T   n etwo r k   d ep lo y m e n n ee d s ,   u s er /d ev ice  p r o jectio n s   n ee d   t o   b p r ed icted .   T h p r o jectio n   o f   co n n ec ted   d e v ices  is   an aly ze d   u s in g   th b ass   m o d el ,   as   in   ( 1 ) .   T h e   s am p ar am eter   v al u es  f o r   p   ( 0 . 0 0 6 9 2 )   an d   q   ( 0 . 0 4 3 5 6 ) ,   as  d o n i n   s tu d y   t o   p r ed ict   m o b ile  b r o a d b an d   s u b s cr ip tio n s   in   T h ailan d   [ 1 0 ] .   Pre v io u s   r esear ch   r ep o r ts   s h o s im il ar   d if f u s io n   p atter n   f o r   m o b ile  b r o a d b a n d   s er v ice s   in   I n d o n esia  a n d   T h ailan d ,   s tr en g th en in g   co m p ar ativ m ar k ets  b etwe en   t h two   co u n tr ies.  T h e   s atu r atio n   ( d ev ices sh ar e )   p o in t o cc u r s   in   th 7 3 rd   y ea r ,   as illu s tr ated   in   Fig u r 5 .           Fig u r 5 .   Satu r atio n   o f   I o T   d e v ice  s m ar t c ity   s h ar e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       C o mp a r a tive  s tu d o f lo w   p o w er w id a r ea   n etw o r b a s ed   o n   in tern et  …  ( Mu h a mma d   I ma N a s h ir u d d in )   431   Fig u r 5   s h o ws  th m a r k et  ca p ac ity   s atu r atio n   v alu e   in   co n s id er in g   th e   co m p o n en ts   o f   d e v ice  n ee d s   in   B an d u n g   C ity .   Acc o r d in g   t o   th av er ag d ev ice  b atter y   life   s tan d ar d ,   th p r ed icted   v al u es  ar attain ed   f o r   th ten - y ea r   p er s p ec tiv e ,   with   2 0 2 0   as  th b ase  y ea r .   T h n u m b er   o f   ad o p tio n s   n ee d s   f o r   I o T   d e v ices  p er   d is tr ict  is   ca r r ied   o u to   o b tain   th d em a n d   g r o wth   f o r   I o T   d ev ices  in   th f ir s y ea r   ( 2 0 2 1 )   o f   d e p lo y m e n u n til   th 1 0 th   y ea r   ( 2 0 3 0 )   ac co r d in g   to   t h av er a g I o T   b atter y   ca p ac ity ,   as illu s tr ated   in   Fig u r 6 .           Fig u r 6 .   I o T   s m ar t c ity   d ev ic s h ar in   B an d u n g   city   w ith in   th n ex t te n   y ea r s       3. 1. 3 .   Da t a / t r a f f ic  pro j ec t io n   o f   I o T   s m a rt   cit y   needs   I o T   s m ar city   o f   d ata/tr af f i n ee d s   p r o jectio n   is   th b a s is   f o r   ca p ac ity   p lan n in g   i n   d ep lo y i n g   L PW AN.   C h ar ac ter is tic  r eq u ir em en ts   b ased   o n   f o r ec asti n g   th s h ar o f   I o T   d ev ices  r ef er   to   th m o b ile  b r o ad b an d   m ar k et.   As  e x p lain ed   in   th e   p r ev i o u s   c h ap ter ,   th e   d ata/tr af f ic   c h ar ac ter is tics   o f   I o T   s m ar t   city   r ef er   to   th u s ca s e,   th n u m b er   o f   m ess ag es  ea ch   d ay ,   an d   th e   p ay lo ad .   Fo r   ea c h   d is tr ict  in   B an d u n g   city ,   th e   r eq u ir em e n ts   f o r   th n u m b er   o f   p ac k ag es  n ee d ed   p er   d a y   ar s h o wn   in   T ab le  6 .       T ab le  6 T o tal  p ac k et  p e r   d a y   f o r   B an d u n g   city s   I o T   s m ar city   U se  c a se   N u mb e r   o f   e n d   d e v i c e   ( U n i t )   N u mb e r   o f   p a c k e t p e r   d a y   f o r   o n e   d e v i c e   N u m.  o f   r e q u i r e d   p a c k e t   ( b p s)   M e t e r   r e a d i n g   o n - d e ma n d   7 7 , 4 6 2   1   7 7 , 4 6 2   M e t e r   r e a d i n g   sc h e d u l e d   3 , 0 9 8 , 4 8 7   4   1 2 , 3 9 3 , 9 4 6   M e t e r   s y st e e v e n t s   1 , 1 2 6 , 7 2 2   0 . 0 4 2   4 6 , 9 8 4   O u t a g e   r e s t o r a t i o n   a n d   m a n a g e me n t   3 , 0 9 8 , 4 8 7   1   3 , 0 9 8 , 4 8 7   R e a l   t i m e   p r i c i n g   1 8 5 , 9 0 9   1   1 8 5 , 9 0 9   Ti me   o f   u s e   p r i c i n g   1 8 5 , 9 0 9   1   1 8 5 , 9 0 9   S e r v i c e   sw i t c h   o p e r a t i o n   1 8 5 , 9 0 9   1   1 8 5 , 9 0 9   F i r mw a r e   u p d a t e s   6 , 1 9 6 , 9 7 3   0 . 0 0 2 7   1 6 , 9 7 8   D i r e c t   l o a d   c o n t r o l   1 8 5 , 9 0 9   1   1 8 5 , 9 0 9   To t a l   p a c k e t   p e r   d a y   1 6 , 3 7 7 , 4 9 4       T h f in al  ca lcu latio n   o f   th n u m b er   o f   d ev ices is o b tain ed   in   T ab le  6 .   T h n u m b er   o f   p ac k ets p er   d ay   f o r   o n d ev ice,   b u r s tin ess   m ar g in ,   an d   s ec u r ity   m ar g in   is   o b tain ed   b ased   o n   ass u m p tio n s .   T h n u m b er   o f   p ac k ets  r eq u ir e d   ( b p s )   is   th n u m b er   o f   en d   d ev ices  s h ar e d   an d   p ac k ets  p e r   d a y   f o r   o n d ev ice.   T h u s ,   th e   n u m b er   o f   p ac k ag es n ee d ed   p er   d ay   is   1 6   Mb p s .     3 . 2 .     Ca pa ci t y   pla nn ing   L o R aWAN,  NB - I o T ,   an d   R P MA   ar th e   lead in g   tech n o lo g ie s   in   th e   I o T   in d u s tr y   in   r ec en d ay s   [ 1 8 ] .   L o R aWAN  is   an   u n - 3 GPP  tech n o lo g y   led   b y   Sem tec h .   L o R aWAN 's  tr an s m is s io n   b an d wid th   o p tio n s   ar 1 2 5   k Hz,   2 5 0   k Hz,   an d   5 0 0   k Hz.   Acc o r d in g   to   r eg u lati o n s ,   I n d o n esia  u s es  1 2 5   k Hz.   3 GPP  s tan d ar d izes   NB - I o T NB - I o T ' s   tr a n s m is s i o n   b a n d wid th   is   1 8 0   k Hz  as  1   L T E   Ph y s ical  R eso u r ce   B lo ck   ( PR B ) .   R PMA   u s es  th 2 . 4   GHz   u n licen s ed   u n iv er s al  b an d ,   wh ich   o f f e r s   8 0   MH b an d wid th .   R PMA  u s es  th 2 . 4   GHz   u n licen s ed   u n i v er s al  b an d ,   wh ich   o f f er s   1   MH b an d wid th .     3 . 2 . 1 .   L o Ra WAN  ca pa cit y   p la nn ing   Netwo r k s   ar d esig n e d   to   b h ass le - f r ee   an d   m o r e   ef f e ctiv e.   T h er ef o r e,   th p la n n e d   n etwo r k   ca p ac ity   r eq u ir em e n ts   m u s m atch   th tr af f ic  r eq u i r em en t s .   L o R aWA n etwo r k   ca p ac ity   ca n   b esti m ated   f r o m   th e   in p u ta k en   f r o m   ti m o n   air   ( T o A)   p ac k ets  o r   t r an s m is s io n   tim es  f o r   d ata  r ate  v ar iatio n s   an d   d is tr ib u tio n s .   T h L o R aWAN  p ac k ag c o n s is ts   o f   s ev er al  elem en ts ,   as illu s tr ated   in   Fig u r 7 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  25 ,   No .   1 J an u ar y   20 22 425 - 4 3 9   432       Fig u r 7 .   L o R aWAN m o d em   p ac k et       Acc o r d in g   to   Sem tech ,   th e   L o R aWA N   f r am d u r atio n ,   k n o wn   as  T o o r   p ay lo a d   d u r atio n ,   co n s is ts   o f   th ac tu al  o p en in g   an d   lo ad   o f   th p ac k et,   as d escr ib e d   in   ( 8 ) - ( 1 1 ) :      = +   ( 8 )     =  × ( + 4 . 25 )   ( 9 )      =      ×    ( 1 0 )          = 8 + ma x   (  ( 8  4  + 28 + 16 20 4 (  2  ) ) (  + 4 ) , 0 )   ( 1 1 )     i n   o r d er   to   e n ab le  th v ar io u s   I o T   ap p licatio n   o p tim izatio n s ,   L o R aWAN  u s e s   s ev er al   n ec ess ar y   d esig n   p ar am ete r s ,   n am el y   b a n d wid t h ,   Sp r ea d i n g   f ac t o r   ( SF ) ,   a n d   C o d in g   r ate  ( CR ) .   T h is   p a r am eter   allo ws  th tr ad e - o f f   b etwe en   d ata   r ate  o p tim izatio n ,   o c cu p ied   b a n d wi d th ,   in te r f er en ce ,   an d   i n cr ea s ed   lin k   b u d g et.   T h e   r eq u ir ed   ca p ac ity   is   o b tain e d   b ased   o n   m ass iv I o T   d e v ic es'  tr af f ic  c h ar ac ter is tics   an d   tec h n ical  r eq u ir em en ts ,   as sh o wn   in   T ab le  7 .       T ab le  7 Sin g le  g atew ay   with   eig h t - ch an n el  ca p ac ity   ( p ac k et   p er   d a y )   MA APP T HP   S p r e a d i n g   f a c t o r   ( S F )   C o d i n g   r a t e   ( C R )   M i n i m u m   c a p a c i t y   ( S i t e )   C R = 1   C R = 2   C R = 3   C R = 4   C R = 1   C R = 2   C R = 3   C R = 4   SF7   1 4 , 2 8 5 , 7 1 4 . 2 9   1 4 , 5 9 4 , 5 9 4 . 5 9   1 4 , 5 9 4 , 5 9 4 . 5 9   1 4 , 5 9 4 , 5 9 4 . 5 9   2   2   2   2   SF8   7 , 8 0 3 , 4 6 8 . 2 1   7 , 8 0 3 , 4 6 8 . 2 1   7 , 9 8 8 , 1 6 5 . 6 8   7 , 9 8 8 , 1 6 5 . 6 8   3   3   3   3   SF9   4 , 1 9 2 , 5 4 6 . 5 8   4 , 1 9 2 , 5 4 6 . 5 8   4 , 2 9 9 , 3 6 3 . 0 6   4 , 2 9 9 , 3 6 3 . 0 6   4   4   4   4   S F 1 0   2 , 2 0 5 , 8 8 2 . 3 5   2 , 2 6 5 , 1 0 0 . 6 7   2 , 2 6 5 , 1 0 0 . 6 7   2 , 2 6 5 , 1 0 0 . 6 7   8   8   8   8   S F 1 1   1 , 0 7 4 , 8 4 0 . 7 6   1 , 0 7 4 , 8 4 0 . 7 6   1 , 1 0 2 , 9 4 1 . 1 8   1 , 1 0 2 , 9 4 1 . 1 8   16   16   15   15   S F 1 2   5 6 6 , 2 7 5 . 1 7   5 8 1 , 8 9 6 . 5 5   5 8 1 , 8 9 6 . 5 5   5 8 1 , 8 9 6 . 5 5   29   29   29   29       SF   an d   C R   in f lu en ce   th d e m an d   n ee d e d   f o r   L o R aWAN   g atew ay s   o n   ca p ac ity .   T h L o R aWA N   g atew ay   r eq u ir e m en is   b ased   o n   th SF   r an g f r o m   SF 7   u p   to   SF 1 2 .   T h ca p ac ity   p lan n in g   g atew ay   r eq u ir em e n ts   in d icate   th at  SF 1 2   h as  m o r im p o r tan g atew ay   r eq u i r em en ts   th an   SF 1 1 ,   SF 1 0 ,   SF 9 ,   SF 8 ,   an d   SF 7 ,   r esu ltin g   in   2 9   s ites   f o r   B an d u n g   c ity .     3 . 2 . 2 .   NB - I o T   ca pa cit y   pla nn ing   T h r eq u ir ed   ca p ac ity   is   b a s ed   o n   m ass iv I o T   d ev ice s '   tr af f ic  ch ar ac ter is tics   an d   tech n ical   r eq u ir em e n ts .   T h s ce n a r io s   ca n   b d ev elo p ed   b ased   o n   t h co n n ec ted   d en s ity ,   as  s h o wn   in   T a b le  8 .   T h e   n u m b er   o f   g atew ay s   r eq u ir e d   in   th ca p ac ity   a n aly s is   is   s tr o n g ly   in f lu en ce d   b y   h o u s eh o l d s '   d en s ity   p er   k m 2   an d   d e v ices.  T h an al y s is   is   b ased   o n   3 GPP  R el. 1 3   T R   4 5 . 8 2 0   V. 2 . 1 . 0   [ 1 9 ] ,   wh ich   s u p p o r ts   4 5 , 0 0 0   in   ev e r y   th r ee   s ec to r al  ce lls .   T h er ef o r e,   th to tal  g atew ay   r e q u ir em e n t in   B an d u n g   city   is   2 3   s ites .       T ab le  8 Dev ice  d en s ity   ass u m p tio n   p er   ce ll ( L o n d o n   m o d el )   C a se   U r b a n   H o u s e h o l d   d e n s i t y   p e r   k m 2   4 5 , 0 0 0   I n t e r - si t e   d i st a n c e   ( I S D )   ( k m)   53   N u mb e r   o f   d e v i c e s wi t h i n   a   h o u se h o l d   40   N u mb e r   o f   d e v i c e s wi t h i n   a   c e l l   si t e   5 4 , 2 8 0   N u mb e r   o f   d e v i c e s   ( U n i t )   3 , 0 9 8 , 4 8 7   N u mb e r   o f   c e l l   n e e d e d   ( C e l l )   69   M i n i m u m   c a p a c i t y   ( S i t e )   23   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       C o mp a r a tive  s tu d o f lo w   p o w er w id a r ea   n etw o r b a s ed   o n   in tern et  …  ( Mu h a mma d   I ma N a s h ir u d d in )   433   3 . 2 . 3 .   RP M c a pa cit y   p la nn ing   T h to tal  a p p licatio n   t h r o u g h p u ca lc u lates  th R PMA  ca p ac ity   th at  t h n etwo r k   c an   s u p p o r t.   T h er ef o r e,   th e   ter m   t o tal  ap p li ca tio n   th r o u g h p u t   ca n   b d esc r ib ed   as  th e   ac ce p tan ce   r ate  o f   d ata  o n   o n p ar t o f   th n etwo r k ' s   g atew ay   in f r astru ctu r e,   as  s tated   in   T ab le   9.   T h v alu es  o f   th R PMA  p ar am eter   f o r m u late  th e   R PMA  ca p ac ity .   C ap ac ity   p la n n in g   is   n ee d ed   i n   o b tain in g   t h tech n ical   r eq u ir em en ts   f o r   m ass iv I o T   d ev ice   im p lem en tatio n .   T h R PMA  ca p ac ity   r ep r esen ts   3 o f   ca p ac ity   p lan n in g   ( 3 0 /1 0 0 0 ) .   B ased   o n   th is ,   th r eq u ir ed   R PMA  g atew ay   is   ei g h t sit es.       T ab le  9 Ap p licatio n   th r o u g h p u t p ar am eter   o f   R PMA   P a r a me t e r   V a l u e   P H Y   c a l c u l a t i o n   ( 1 )   l i n k   d a t a   r a t e   9 6 0   ( 2 )   N u m b e r   o f   S i mu l t a n e o u s   Li n k s   1 , 2 0 0   ( 3 )   S e c t o r i z a t i o n   l i n k s   1   ( 4 )   P H Y   th r o u g h p u t   1 , 1 5 2 , 0 0 0   M A C   c a l c u l a t i o n   ( 5 )   R e p e t i t i o n   d e - r a t e   1   ( 6 )   O t h e r   c e l l   i n t e r f e r e n c e   d e - r a t e   1 . 4   ( 7 )   H a l f - d u p l e x   d e - r a t e   2   ( 8 )   M a c   p r o t o c o l   d e - r a t e   3   To t a l   a p p l i c a t i o n   t h r o u g h p u t   ( b p s) / M H z   ( 4 / ( 5 * 6 * 7 * 8 * 9 ) )   6 8 , 5 7 1   To t a l   p a c k e t   p e r   d a y   *   3 %   ( b p s)   4 9 1 , 3 2 4 . 8 2   M i n i m u m   c a p a c i t y   ( S i t e s)   8       3 . 3 .     Co v er a g e   p la nn ing   3 . 3 . 1 .   L o Ra WAN  co v er a g e   pla nn ing   Sev er al  p ar am eter s   m u s b d e ter m in ed   b ased   o n   co v er ag e   p l an n in g ,   as  s h o w n   in   T ab le  1 0 .   First,  th e   r ec eiv ed   s ig n al  le v el  m u s b e   i d en tifie d th is   p r o v id es  th clo s est  to   th ex tr em le v el  o f   co v er ag e.   T h er ef o r e,   in   ( 1 2 )   an d   ( 1 3 )   ar u tili ze d   to   k n o th m a x im u m   p r o p ag atio n   atten u atio n   to   av o id   in ter f er en ce .   Af ter   ca lcu latin g   th lin k   b u d g et ,   co v er a g ar ea   an aly s is   is   n ee d ed   t o   d eter m in th e   L o R aWA co v er ag e   ca p ab ilit y   b ased   o n   ar ea   c h ar ac ter is tics   ( u r b an ) .   L o R aWAN  co v er ag a n aly s is   u s ed   th Ok u m u r a - Hata   p r o p a g atio n   m o d el  b ased   o n   ( 2 )   to   o b tain   th L o R aWAN  ce ll  ar ea .   C o v er ag an aly s is   was  an aly ze d   u s in g   Ok u m u r a - Hata   p r o p ag atio n ,   a s   s h o wn   in   T ab le  1 1 .   Du to   t h wid est  s p r ea d in g ,   SF 1 2   is   u s ed .   T h er ef o r e,   th n u m b er   o f   g atew ay s   r eq u ir e d   i s   o n ly   o n e .      = 174 + 10 l og (  ) +  +    ( 1 2 )     =     ( 1 3 )       T ab le  1 0 C o n f ig u r atio n   o f   L o R aWA p ar am eter s   [ 1 4 ]   M C I   R e g u l a t i o n   o f   t h e   R e p u b l i c   o f   I n d o n e s i a   1 / 2 0 1 9   Lo R a W A N   P a r a me t e r   H e i g h t   o f   Tr a n smi t t e r   a n d   R e c e i v e r   F r e q u e n c y   b a n d   ( M H z )   9 2 0 - 923   B a n d w i d t h   ( H z )   1 2 5 , 0 0 0   H e i g h t   o f   A n t e n n a   f o r   U r b a n   A r e a   ( m )   30     M a x   A n t e n n a   P o w e r   ( d B m)   23   H e i g h t   o f   R e c e i v e r   ( m)   1 . 5     G a i n   Tr a n sm i t t e r   ( d B i )   5         G a i n   R e c e i v e r   ( d B i )   2           T ab le  1 1 L o R aWAN ,   lin k   b u d g et  r esu lts ,   b ased   o n   s p r ea d in g   f ac to r   ( SF )   SF   S N R   NF   S e n s i t i v i t y   Ei R P   M A P L   a ( h R )   D   ( k m)   C e l l   a r e a   ( k m 2 )   A r e a   ( k m 2 )   N u mb e r   o f     g a t e w a y   ( S i t e )   SF7   - 7 . 5   6   - 1 2 5   21   1 5 0   0 . 0 1 6 8 7   4 . 7 5 1 7   5 8 . 6 6 1   1 6 7 . 3 1   3   SF8   - 10   6   - 1 2 7   21   1 5 3   0 . 0 1 6 8 7   5 . 5 9 5 3   8 1 . 3 3 8   1 6 7 . 3 1   3   SF9   - 1 2 . 5   6   - 1 3 0   21   1 5 5   0 . 0 1 6 8 7   6 . 5 8 8 6   1 1 2 . 7 8   1 6 7 . 3 1   2   S F 1 0   - 15   6   - 1 3 2   21   1 5 8   0 . 0 1 6 8 7   7 . 7 5 8 3   1 5 6 . 3 8   1 6 7 . 3 1   2   S F 1 1   - 1 7 . 5   6   - 1 3 5   21   1 6 0   0 . 0 1 6 8 7   9 . 1 3 5 6   2 1 6 . 8 3   1 6 7 . 3 1   1   S F 1 2   - 20   6   - 1 3 7   21   1 6 3   0 . 0 1 6 8 7   1 0 . 7 5 7   3 0 0 . 6 6   1 6 7 . 3 1   1   SF7   - 7 . 5   6   - 1 2 5   21   1 5 0   0 . 0 1 6 8 7   4 . 7 5 1 7   5 8 . 6 6 1   1 6 7 . 3 1   3       3 . 3 . 2 .   NB - I o T   co v er a g pla n nin g   NB - I o T   u s es th r ee - s ec to r al  in   eNo d eB   ce lls ,   as i llu s tr ated   in   Fig u r 8 .   Usi n g   th th r ee - s ec t o r al  ce ll is   to   in cr ea s es  th r a n g e   an d   ca p ac ity .   I SD  v alu e   is   u s ed   to   d et er m in th e   ar ea   o f   th e   th r ee - s ec to r al  ce ll.  I SD  is   a   m ea s u r in   class if y in g   eNo d e B   d en s ity   in   ce llu lar   n etwo r k s   as  s tated   in   3 GPP  T R 4 5 . 8 2 0   [ 2 0 ] .   T h m ax im u m   allo wed   p ath   lo s s   ( MA PL )   ca lcu latio n   is   b ased   o n   th d if f er en ce   b etwe en   th m ea s u r ed   p o wer   lev el  in   th Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  25 ,   No .   1 J an u ar y   20 22 425 - 4 3 9   434   tr an s m itti n g ,   r ec eiv in g   tr a n s m itti n g ,   an d   r ec eiv in g   an ten n as   [ 7 ] C ell  p o wer   ca lcu latio n s   f o llo 3 GP s tan d ar d s   an d   MA PL.   Sev er al  p ar am eter s   ar n ee d ed   to   p r ed i ct  co v er ag p lan n in g ,   as sh o w n   in   T ab le  1 2 .   T h Ok u m u r a - Hata   p r o p ag ati o n   m o d el  is   u s ed   to   d escr ib t h ce ll  ar ea ' s   ab il ity   to   b co v er ed   [ 2 1 ] .   T h Ok u m u r a - Hata   p r o p a g a tio n   m o d el  an aly s is   f o r   NB - I o T   tech n o lo g y   is   an aly ze d   b ased   o n   th class if icatio n   o f   th ty p o f   ar ea ,   as  s h o wn   in   T ab le  1 3 .   T h co n f ig u r atio n   o f   p a r am eter s   f o r   ea ch   ch ar ac ter is tic  o f   an   ar ea   in d ic ates  d if f er en co v e r ag ca p a b i liti es.  Fo r   ex am p le,   o n s ite  is   o n o f   t h r eq u ir ed   n u m b er s   o f   eNo d eB ( NB - I o T )   n etwo r k   d esig n s   f o r   Sm ar t Ci ty .           Fig u r 8 .   I ll u s tr atio n   o f   t h r ee - s ec to r al  ce ll s   in   NB - I o T   [ 2 0 ]       T ab le  1 2 NB - I o T   lin k   b u d g et  ca lcu latio n   P a r a me t e r   P U S C H   P D S C H   F r e q u e n c y   B a se d   o n   S t a n d - a l o n e   ( M H z )   9 0 0   9 0 0   F r e q u e n c y   B a se d   o n   O p e r a t i o n   ( M H z )   9 4 0   9 4 0   B a n d w i d t h   C h a n n e l   ( S t a n d - a l o n e )   ( k H z )   2 0 0   2 0 0   TR A N S M I TTER       M a x   T x   P o w e r   ( d B m)   23   43   ( a )   A c t u a l   T x   P o w e r   ( d B m)   23   43   G a i n   A n t e n n a   T x   ( d B i )   4   17   H e i g h t   o f   A n t e n n a 's T x   [ U r b a n ]   ( m)   1 . 5   30   R EC EI V ER       ( b ) Th e r mal   N o i se   D e n si t y   ( d B m/ H z )   - 1 7 4   - 1 7 4   ( c )   R e c e i v e r   N o i se   F i g u r e   ( d B )   3   5   ( d )   I n t e r f e r e n c e   M a r g i n   ( d B )   0   0   ( e )   O c c u p i e d   C h a n n e l   B a n d w i d t h   ( H z )   1 5 , 0 0 0   1 8 0 , 0 0 0   ( f )   Ef f e c t i v e   N o i se   P o w e r   =   ( b )   +   ( c )   +   ( d )   +   1 0   l o g   ( e )   ( d B m)   - 1 2 9   - 1 1 6   ( g )   R e q u i r e d   S I N R   ( d B )   - 12   - 5   ( h )   R e c e i v e r   S e n s i t i v i t y   =   ( f )   +   ( g )   ( d B m)   - 1 4 1   - 1 2 1   ( i )   R x   P r o c e ss i n g   G a i n   ( d B i )   0   0   ( j )   M A P L   =   ( a )   -   ( h )   +   ( i )   ( d B )   1 6 4   1 6 4       T ab le   1 3 NB - I o T   eNo d eB r eq u ir em en t b ased   o n   c o v er ag e   a n aly s is   O k u m u r a - H a t a   P o w e r   ( k W )   Li n k   b u d g e t / M A P L   ( d B m)   1 6 4   G a t e w a y   h ( m)   30   H e i g h t   o f   e n d   d e v i c e   h R   ( m)   35   F r e q u e n c y   F r q   ( M H z )   9 4 0   H e i g h t   o f   c o r r e c t i o n   f a c t o r   a   ( h R )   0 . 0 1 7 6   R a n g e   R   ( k m)   1 1 . 6   I n t e r - si t e   d i st a n c e   ( I S D )   1 7 . 5   C e l l   s i t e   se c t o r   r a d i u s   ( k m)   5 . 8 2   C e l l   a r e a   ( k m 2 )   3 5 2 . 3 0   A r e a   ( k m 2 )   1 6 7 . 3 1   N u mb e r   o f   ce ll   1   N u mb e r   o f   e N o d e B   ( Tr i se c t o r a l )   1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.