I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   10 ,   No .   1 A p r il   2 0 1 8 ,   p p .   21 4 ~ 223   I SS N:  2502 - 4752 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ee cs . v 10 .i 1 . p p 21 4 - 2 2 3           214       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / ijeec s   Clutt e red Tra ff ic   Distribu tion in L o Ra  LPWAN       Nur  Ais ha h B t .   Z a ina l M o h a m ed  H a di H a ba ebi I s ra t h Cho w dh ury ,   M d Ra f iqu l Is l a m   El e c tri c a a n d   Co m p u ter E n g in e e rin g   De p a rtm e n t,   Ku ll iy y a h   o f   En g in e e rin g ,   In tern a ti o n a Isla m ic Un iv e rsit y   M a la y sia ,   M a la y sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   19 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Mar   18 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Mar   30 ,   2 0 1 8       L o w   P o w e WAN  (L P WA N)  is  a   w irele ss   b ro a d   a re a   n e tw o rk   tec h n o l o g y .   It  is  in terc o n n e c ts  u sin g   o n ly   lo w   b a n d w id th ,   les p o w e c o n su m p ti o n   a lo n g   ra n g e .   T h is  tec h n o lo g y   is  o p e ra ti n g   in   u n a u t h o rize d   sp e c tr u m   [1 ]   w h ich   d e sig n e d   f o w irele ss   d a ta  c o m m u n ica ti o n .   T o   h a v e   a n   in sig h o f   su c h   lo n g - ra n g e   tec h n o lo g y ,   th i p a p e e v a lu a tes   th e   p e rf o rm a n c e   o f   L o Ra   r a d io   li n k u n d e s h a d o w in g   e ff e c a n d   re a li stic  s m a rt  c it y   u ti li ti e c lu tt e g rid   d istri b u ti o n .   S u c h   e n v iro n m e n is  s y n o n y m o u to   re sid e n ti a l,   in d u strial  a n d   m o d e rn   u rb a n   c e n ters .   T h e   f o c u is  to   in c lu d e   th e   e ff e c o f   sh a d o win g   o n   th e   ra d io   li n k w h il e   a tt e m p ti n g   to   s tu d y   th e   o p ti m u m   sin k   n o d e   n u m b e rs   a n d   th e ir  lo c a ti o n f o m a x i m u m   se n so n o d e   c o n n e c ti v it y .   Re su lt in d ica te  th a th e   u su a l   u n re a li stic  ra n d o m   n o d e   d istri b u ti o n   d o e n o re f lec a c tu a re a l - li fe   sc e n a rio   w h e re   m a n y   o f   th e se   se n sin g   n o d e f o ll o w   th e   b u il i n f ra stru c tu re   a ro u n d   th e   c it y   o f   s m a rt  b u il d i n g s.  T h e   s y ste m   is  e v a lu a ted   in   term o c o n n e c ti v it y   a n d   p a c k e lo ss   ra ti o .   K ey w o r d s :   L o R T ec h n o lo g y   L o R aW A N   I n ter n et  o f   T h i n g s   C lu tter   Dis tr ib u tio n   S m ar t C it y   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mo h a m ed   Had i H ab ae b i   E lectr ical  an d   C o m p u ter   E n g i n ee r in g   Dep ar t m e n t,  K u lli y y a h   o f   E n g i n ee r in g ,   I n ter n atio n al  I s la m ic  U n iv er s it y   Ma la y s ia ,   J alan   Go m b ak ,   5 3 1 0 0   Ku ala  L u m p u r ,   Selan g o r ,   Ma la y s ia;   03   6 1 9 6   5 6 0 1 .   E m ail:  h ab ae b i@ ii u m . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N     I n ter n et  o f   T h in g s   i s   p r o j ec t ed   to   ea s h u m a n   lif e.   E v er y   m ac h i n ar in ter co n n ec te d   w ith   o n e   an o th er   s o   le s s   h u m an   r eso u r c es  ar n ee d ed .   T h n e w   w ir ele s s   tech n o lo g ie s   h av e   b ee n   p r o d u ce d   b y   t h e   n a m e   L o w   P o w er   W id A r ea   ( L P W A ) ,   w it h   th s p ec ial  ch ar ac ter i s tics   t h at  s u itab le  f o r   th i m p l e m en tatio n   o f   I o T   ap p licatio n s   w h ic h   also   i n cl u d s i m p lif ied   n et w o r k   to p o lo g y ,   p o w er   o p ti m ized   r ad io   n et w o r k ,   f r a m s izes   tr an s m itted   s e v er al  ti m es  i n   a   d ay   at  u ltra - lo w   s p ee d s   an d   u p s tr ea m   co m m u n icatio n   m o d el  th at  en ab le  t h e   en d - d ev ices to   s ta y   in   lo w   e n e r g y   m o d e   [ 2 ] .   W ith   th is   s et tin g ,   it  e n ab les  r an g o f   k ilo m eter s   w i th   lo n g er   b atter y   li f e;  w h ic h   u p   to   te n   y ea r s   o f   o p er atio n ,   lo w   co s d ev ice s   w it h   p lai n   b u s ca lab le  d ep lo y m e n t s   an d   t h i n   f o u n d atio n .   T h L P W A   f ea t u r es,   m ak e s   it  p o s s ib le  f o r   I o T   t o   f u n ctio n   w el w ith   o n l y   u s v e r y   lo w   b it - r ate  o f   d ata  f o r   r ep o r tin g   an d   d o es  n o t   n ee d   f r eq u e n t c h a n g es o f   t h b atter ies b ec au s o f   t h l ow - p o w er ed   f ea t u r es o f   t h L P W A   [ 2 ] .   T h ex is t i n g   tec h n o lo g ies  d o   n o p r o m o te  lo w   p o w er ed   en er g y   co n s u m p tio n   w it h   lar g er   s ca le   co v er ag e.   W ith   t h d ev elo p m en o f   s c ien ce   a n d   tech n o lo g y ,   t h L P W A   is   th n e w   tr e n d   an d   m a n y   r esear ch er s   w o r k i n g   f o r w ar d   to   f in d   th s o l u tio n   f o r   th m en tio n ed   p r o b lem   s o   t h at   it   will  b im p le m e n ted   ev er y w h er e.   L o R i s   o n o f   t h s o l u tio n   f o r   t h p r o b le m   w h ic h   p r o m is in g   f o r   lo w er   e n er g y   co n s u m p tio n ,   h ig h er   d ata  r ate,   ea s y   i n s tal lati o n   an d   s o m m o r f ea t u r es.   T h to p ic  is   co n ce r n   ab o u t   t h p er f o r m an ce   o f   L o R ( L o n g   R a n g e)   R ad io   L i n k   w h ich   is   o n o f   th e   L P W A   tec h n o lo g ies  w h ich   p r o m i s in g   w id ar ea   f o r   I o T   tech n o lo g ies  th at  w a s   p r o p o s ed   b y   Se m tec h   co m p a n y   a n d   later   b ei n g   p r o m o ted   b y   th e   L o R Allia n ce .   L o R u s ed   c h ir p   m o d u latio n   tech n o lo g y ,   w h ic h   allo w i n g   f o r   lo n g   r an g tr a n s m is s io n   w it h   lo w   p o w er   a n d   lo w   co s f o r   d esig n i n g .   T h is   ca n   b ac h ie v ed   b y   u s i n g   th s p r ea d   s p ec tr u m   tec h n iq u ac co m m o d atin g   s e v er al  d ev ices  in   ch a n n el.   T h ter m ed   L o R aW a n   h a s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       C lu tter ed   Tr a ff ic  Dis t r ib u tio n   in   Lo R a   LPW A N   ( N u r   A is h a h   B t.  Za in a l)   215   b ee n   d ef i n ed   as  t h h i g h er   la y er s   a n d   s y s te m   ar c h itect u r o n   to p   th L o R p h y s ical   la y er s .   W ith   all   th e s attr ib u tes,  it  m ak e s   L o R s u ita b le  to   b u s ed   f o r   I o T   [ 3 ] .   T h o b j ec tiv o f   th is   p ap er   is   to   ev alu ate  t h p er f o r m a n ce   o f   L o R s h ad o w ed   r ad io   lin k s ,   t y p ical  in   u r b an   an d   s e m u r b an   ce n ter s ,   to g eth er   w i th   cl u tter   d is tr i b u tio n   a n d   o p ti m al  s i n k   n o d p lace m en u s i n g   m ea s u r es  o f   co n n ec t iv i t y,   p a ck et  lo s s   r atio s   a n d   Data   T h r o u g h p u t .   T h p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo w s .     Sectio n   2   i s   th e   b ac k g r o u n d   ab o u th i s   r esear ch .   Sectio n   3   d is cu s s es  t h r esear c h   m et h o d o lo g y .   Sectio n   4   p r esen ts   t h r esu lts   a n d   d is cu s s io n   an d   t h p ap er   co n clu d ed   in   s ec tio n   5 .       2.   B ACK G RO UND   2 . 1 .   L o ng   Ra ng WAN  ( L o Ra W AN)   L o R aW A   is     o n   o f     th   m ed ia    ac ce s s     co n tr o   ( M AC )   p r o to co w h ich   m ea n o n l y   f o r   b r o ad   ar ea   n et w o r k   an d   it  is   ai m   i s   to   allo w   lo w   p o w er ed   d ev ices   to   in ter ac w ith   I n ter n et - co n n ec ted   ap p licatio n s   o v er   lo n g   r an g w ir ele s s   co n n ec tio n s .   T h is   p r o to co ca n   b m ap p ed   to   th s ec o n d   an d   th ir d   la y er   o f   OS I   m o d el  a n d   i m p le m e n ted   o n   to p   o f   Fre q u en c y   S h i f Ke y i n g   ( FS K)   m o d u latio n   o r   L o R i n   s cien ti f ic,   i n d u s tr ial   an d   m ed ical  ( I SM)   r ad io   b an d s .   A l s o ,   th p r o to co is   d ef in ed   b y   t h L o R A ll ian ce   a n d   f o r m a lized   in   t h L o R aW A Sp ec i f icatio n   an d   R eg io n al  P ar a m eter s   [ 4 ] .   T h L o R g ate w a y s   u til ized   lo n g   r a n g e   s tar   n et w o r k   to p o lo g y   a n d   b ein g   u s ed   i n   L o R aW AN   f r a m e w o r k   ( s ee   F i g u r 1 ) .   Du to   th o f   p r o p er ties   o f   L o R a,   th f r a m e w o r k   ar m u lti - m o d e m   h an d s et s ,   m u l ti - ch an n el  a n d   r ea d y   to   d e m o d u l ate  o n   d if f er en c h an n el s   s i m u ltan eo u s l y   a n d   d e m o d u late  v a r io u s   s i g n a ls   o n   t h in d is ti n g u is h ab le  ch a n n el  i n   t h m ea n t i m e.   T h en d p o in u tili ze s   d is ti n cti v r ad io   f r eq u e n c y   w it h   t h g eta w a y s   to   p er m it   h i g h   li m it   a n d   ex ec u te   as  s tr ai g h tf o r w ar d   ex te n s io n   h an d i n g - o f f   m e s s a g es  b et wee n   t h en d - g ad g ets   an d   c e n tr al  s y s te m   s er v er .   E n d - g ad g et s   u tili ze   h o p   r em o te  co r r esp o n d en ce   to   t h p o r tals   w h ile   g ate w a y s   as s o cia ted   w it h   t h s y s te m   s er v er   th r o u g h   s tan d ar d   I n ter n et  P r o to co l   ( I P )   ass o ciatio n s .   T h p o r tal  h as  n u m er o u s   a d ap tatio n s   an d   it  is   r el y in g   u p o n   th u s l i m it a n d   co v eted   estab lis h m e n t a r ea   ( e. g . : to w er   v er s u s   h o m e)   [ 5 ] .           Fig u r 1 .   L o R aW A s tac k   [ 4 ]           Fig u r 2 .   T h ar ch itectu r o f   L o R w h ic h   in cl u d th r ee   d is s i m ilar   d ev ice s   [ 6 ]     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l 10 ,   No .   1 A p r il   2 0 1 8   :   21 4     2 2 3   216   2 . 2 .   L o Ra WAN  Air  I nte rf a ce s   L o R A ll ian ce   h as r elea s ed   t h air   in ter f ac s p ec i f ic  d o cu m e n t,  w h ich   ar e:     L o R aW A air   i n ter f ac v 1 . 0 . 0     L o R aW A air   i n ter f ac v 1 . 0 . 1     L o R aW A air   i n ter f ac v 1 . 0 . 2   ( in   f in a l r ev ie w )     L o R aW A N   air   i n ter f ac v 1 . 1   ( in   d ev elo p m e n t)   W ith   t h d ev elo p m e n o f   L o R aW A air   i n ter f ac s p ec i f icat io n ,   th lev el  o f   s ec u r it y   a n d   p r iv ac y   h a s   g u ar a n teed .   T h ap p licatio n   p r o v id er   is   s o lel y   r esp o n s ib le  f o r   th en cr y p tio n   o f   th e n tire   a p p licatio n   p a y lo ad   u s i n g   t h A E S1 2 8   A p p licatio n   Se s s io n   Ke y .   W ith   th i s   f ea t u r e,   it  co n f ir m s   th s ec u r i t y   o f   t h p a y lo ad .   Ne x t,   3 2 b it  s ig n at u r h a s   b ee n   ad d ed   w h ich   r es u lt  i n   co m p u ted   t h en t ir f r a m b y   u s i n g   N et w o r k   s es s io n   k e y .   T h is   attr ib u te  g u ar an tee s   th o r ig in a lit y   o f   th d e v ices a n d   th f r a m ca n n o t e as il y   m o d if y   [ 7 ] .   T h s ec u r it y   o n   t h a ir   d o es  n o as s u r e   w h eth er   th e   n et w o r k   s er v er   ca n   ea s il y   b h ac k e d ,   o r   th e   d ev ice  is   an ti - te m p er .   T o   g et  an   an ti - te m p er   d ev ice,   h ar d w ar s ec u r ele m e n m u s u s e   to   s to r an d   d er iv th k e y s .   I n   ad d itio n ,   to   i m p le m en t h cr y p to g r ap h ic  f u n cti o n s   i n   t h n et w o r k   s er v er ,   it  i s   ad v is ab le  to   u s a   Har d w ar Ke y   Ma n ag e m e n t s y s te m   [ 7 ] .   T h T ab le  1   s h o w s   th air   in ter f ac v er s io n   co m p l ian ce   m a tr ix .       T ab le  1 .   A n   A ir   I n ter f ac Ver s io n   C o m p lia n ce   Ma tr i x   [ 7 ]     v 1 . 0 . x   d e v i c e   v . 1 . 1   d e v i c e   v 1 . 0 . x   n e t w o r k   se r v e r   D e f a u l t   c a se   t o d a y   D e v i c e   w i l l   b e h a v e   a s a   v 1 . 0 . 1   d e v i c e   v 1 . 1   n e t w o r k   se r v e r   S e r v e r   w i l l   b e h a v e   a s a   v 1 . 0 . 1   se r v e r   F u l l   su p p o r t   o f   v 1 . 1   f u n c t i o n a l i t i e s       2 . 3 .   L o ng   Ra ng a nd   Sh a do w ing   E f f ec t   T h L o R aW A co m m u n icati o n   is   e x p ec ted   to   co v er   lo n g er   d is tan ce s h en ce ,   f r a m e s   ca n   b lo s d u e   to   p r o p ag atio n   lo s es,  an d   s o m p h y s ical  p h e n o m e n o n   s u c h   as  s h ad o w in g   ef f ec t,  r ef lect io n ,   an d   s ca tter in g .   A ll   o f   t h is   n ee d   to   b tak e n   i n to   a cc o u n t   w h e n e v er   w d o   t h s i m u latio n   b ec au s e   t h er is   n o   p er f ec t”   th in g s   i n   r ea l lif e.   Sh ad o w in g   is   t h ef f ec t h at  th r ec eiv ed   s i g n al  p o wer   v ar ies  d u to   o b j ec ts   b l o ck in g   th e   p r o p ag a tio n   p ath   b et w ee n   tr a n s m itter   an d   r ec eiv er .   T h ese  v ar iatio n s   ar ex p er ien ce   o n   lo ca l - m ea n   p o w er s ,   th at  i s ,   s h o r t - ter m   a v er ag e s   to   r e m o v v ar iatio n s   d u to   m u l tip ath   f ad in g .   T h s h ad o w in g   ef f ec is   n ee d ed   i n   o u r   ca lcu la tio n   s o   t h at  w ca n   e m u late   r ea l - l if e   s y s te m   p er f o r m a n ce   a n d   w e   ca n   p r ed ict  w h at  w ill  h ap p en   in   th f u t u r an d   f in d   s o lu tio n   f o r   it.       3.   M E T H O DO L O G Y   W h ad   u s ed   s e v er al  m e th o d s   to   ac h iev t h o b j ec tiv o f   t h e   r esear ch .   First  o f   all,   t h s i m u lato r   th at   h ad   b ee n   u s ed   th r o u g h   all  t h w o r k s   w as  p r o v id ed   b y   p ap er   [ 8 ] .   W h ad   m ad s e v e r al  ch an g es  to   t h e   s i m u lato r   s o   t h at  it  w ill  i m p r o v ed   th r es u lt s   an d   i n   li n w i t h   o u r   r esear ch .   Her ar t h f u r th er   d is c u s s io n   o f   th m o d i f ica tio n   th at  h ad   b ee n   m ad to   th s i m u lato r .   Firstl y ,   th p r o p ag atio n   m o d el  w as  b ee n   alter ed   f o llo w s   t h e   p ap er   [ 9 ] ,   [ 1 0 ]   m ea s u r e m e n d u to   its   r ea lis tic  r ep r esen tatio n   o f   r ea l - li f ap p licatio n   s ce n ar io   in   m o d er n   u r b an   ce n ter .   T ab le  2     s h o w s   t h d etail s   o f   p r o p ag atio n   m o d el  ch ar ac te r is tics .       T ab le  2 .   P r o p ag atio n   Mo d els C h ar ac ter is tics   R e f   N o .   P a t h   L o ss Ex p o n e n t   ( n )   S h a d o w i n g   Ef f e c t ,   σS F   M e a n   P a t h   L o ss,  L p l ( d 0 )   [ 9 ]   2 . 3 2   7 . 8 d B   1 2 8 . 9 5   [ 8 ]   2 . 0 8   -   1 2 7 . 4 1       T h s i m u lato r   i s   d is cr ete - e v en s i m u lato r   b ased   o n   Si m P y .   Si m P y   i s   p r o ce s s - b ased   d is c r ete - ev e n t   s i m u lat io n   f r a m e w o r k   b ased   o n   s tan d ar d   P y t h o n   an d   it s   ev en d is p atch er   is   b ased   o n   P y t h o n ' s   g en er ato r s .   I t   w a s   cr ea ted   to   s i m u lati n g   co ll is io n s   i n   L o R n et w o r k s   an d   t o   an al y ze   s ca lab ilit y .   T h p u r p o s o f   th e   r esear ch   s tu d ie s   w a s   to   id en tify   t h n u m b er   o f   r eq u ir ed   s in k   n o d g ate w a y s   to   p r o v id co n n ec t iv i t y   f o r   cl u tter   s en s o r   n o d d is tr ib u tio n   i n   t y p ical   r esid en tial   cit y   ar ea .   F u r th er m o r e,   w w o u ld   lik e   to   i n v e s tig ate  th e   ef f ec o f   s h ad o w in g   o n   t h li n k s   w h ile  d o in g   s o   to   m a k o u r   s i m u lati o n   m o r r ea lis tic.   He n ce ,   th e   p er f o r m a n ce   m etr ic   w o u ld   b th n u m b er   o f   co n n ec ted   n o d es,  th S h ad o w i n g   E f f ec o n   t h n u m b er   o f   lo s p ac k ets,  th Data   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       C lu tter ed   Tr a ff ic  Dis t r ib u tio n   in   Lo R a   LPW A N   ( N u r   A is h a h   B t.  Za in a l)   217   T h r o u g h p u t.  Fu r t h er m o r e,   we  h av f o llo w ed   t h f o u r   ex p er i m e n t s   d o n i n   [ 9 ]   b y   c h an g i n g   t h s ett in g   p ar am eter s   f o r   th air   i n ter f ac ac co r d in g   to   T a b le  4 .   No d es  ar p lace d   e q u all y - d is t an ar o u n d   th s i n k   s u c h   th at   all  n o d es  ca n   r ea ch   th s in k   w it h   th e   p r ea r r an g ed   s etti n g   SN  i f   s h a d o w in g   e f f e ct  i s   n o i n cl u d ed .   T h th r ee   tr an s m i tter   co n f ig u r atio n s   SN1 ,   SN 2   an d   SN3   ar g iv e n   i n   T ab le  4 .   I n   all  s et tin g s ,   it  is   b ei n g   i m a g in ed   t h at  2 0 - b y te  p ac k et  is   b ein g   s en b y   ea c h   n o d ev er y   1 6 . 7 m in   r ep r esen tin g   r ea lis tic  ap p licatio n .   T h ch o s en   s ett in g   f o r   SN1   is   th m o s r o b u s L o R tr an s m itter   s ett in g s   w h ic h   lead s   to   tr an s m is s io n s   w it h   t h lo n g e s p o s s ib le  air ti m e   o f   1 7 1 2 . 1 3 m s ,   w it h   SN 2 th tr an s m i s s io n   s etti n g   lead s   to   th e   s h o r test   ai r ti m o f   7 . 0 7 m s   an d   w it h   S N 3   th c h o s e n   s etti n g   is   t h o n w h ic h   is   u se d   b y   co m m o n   L o R aW A d ep lo y m en ts   [ 9 ] T ab le  3   b elo w   s h o w s   th m aj o r   ad j u s t m en t   t h at  h a d   b ee n   m ad to   t h s i m u lato r   in c lu d i n g   j u s ti f icati o n   to   th alter atio n .       T ab le  3 .   C h an g e s   m ad to   th s i m u lato r       T o   d escr ib th p ath   lo s s   m o d el  in   b u ilt  u p   ar ea ,   w c h o o s to   u s th lo g - d is ta n ce   p ath   l o s s   m o d el   b ec au s it  is   co m m o n l y   u s ed   in   f r ee   s p ac ar ea .   I m atc h es  w it h   L o R en v ir o n m e n w h er L o R tech n o lo g y   clai m ed   to   b u s ed   in   b u ilt - u p   ar ea ,   f r ee   s p ac an d   lar g er   ar ea .   B elo w   i s   th lo g - d i s tan ce   p a th   lo s s   eq u atio n :     L p l( d )   L p l( d 0 )   1 0 n lo g   ( d /d 0 )   σ SF     w h er e,   L p l( d )   : th p ath   lo s s   in   d B ,   L p l( d 0 )       : th m ea n   p ath   lo s s   at  t h r ef e r en ce   d is tan ce   d 0 ,   n   : th p ath   lo s s   ex p o n e n t,   σ SF   ( 0 ; σ 2   th n o r m al   d is tr ib u tio n   w i t h   ze r o   m ea n ,   σ 2   is   t h v ar ia n ce   to   ac co u n f o r   s h ad o w i n g   ef f ec t   [ 8 ] .     3 . 1 .   Resea rc h M et ho d   Firstl y ,   s ev e n   tr ial  h av b ee n   co n d u cted   u s in g   th s a m s ett in g   w i th   d i f f er in g   th n u m b er   o f   s in k s   in   ev er y   r u n .   T h s en s o r   n o d es  w er p lace d   co r r esp o n d in g   to   th s m ar cit y   en v ir o n m e n t.  T o tal  o f   1 2 0 0   s en s o r   n o d es  w er d is tr ib u te  i n to   t h r ee   clu tter s   w i th   4 0 0   s en s o r   n o d es  in   ev er y   clu tter .   T h r em ai n in g   4 0 0   s en s o r   n o d es  w a s   d is tr ib u ted   s ca t ter ed   in s id th s ca le.   T h n u m b e r   o f   s in k s   o r   b ase  s tatio n s   w in cr ea s ed   in   e v er y   tr ial  an d   ev er y   e x p er i m e n s e t.  T h er ar f i v e   s et s   o f   e x p er i m en ts   a n d   ea c h   e x p er i m e n t   co n s i s ts   o f   s e v e n   tr ials .   E v er y   e x p er i m e n h as d i f f er en t set tin g s   i m p le m e n ted   w h ic h   w er e:       Ta b le  4 .   E x p er im e n ts   Setti n g s   [ 8 ]   Ex p .   S p r e a d i n g   F a c t o r ,   S F   B a n d w i d t h ,   BW   C o d i n g   R a t e ,   C R   D e t a i l s   0   12   1 2 5   4 / 8   S e t t i n g s w i t h   sl o w e st   d a t a   r a t e   1   12   1 2 5   4 / 8   S a me   w i t h   Ex p .   0   b u t   u se   a   r a n d o c h o i c e   o f   3   t r a n sm i t   f r e q u e n c i e s   2   6   5 0 0   4 / 5   S e t t i n g s w i t h   f a st e st   d a t a   r a t e   3   12   1 2 5   4 / 5   S e t t i n g a d e f i n e d   i n   L o R a W A N   4   6   o r   1 2   1 2 5   o r   5 0 0   4 / 5   o r   4 / 8   O p t i mi z e   t h e   se t t i n g   p e r   n o d e   a n d   t r a n smit   p o w e r   b a se d   o n   d i st a n c e   f r o m g a t e w a y .       Oth er   t h a n   t h at,   t h tr ial s   co r r esp o n d   to   s e v en   d i f f er en t   p lace m en ts   o f   b ase  s tatio n s   w h ic h   ar o n e ,   t w o ,   t h r ee ,   f o u r ,   s i x ,   eig h t,  a n d   2 4 .   I n   th f ir s s et  o f   ex p er i m en ts   w e v al u ate  th s ta n d ar d   ca p ac ity   o f   L o R u s i n g   s i m p le  s et u p   w h er n o d es  tr an s m it  to   o n s in k .   I n   th ese  e x p er i m e n ts ,   s ta n d ar d ized   tr an s m i tter   co n f i g u r atio n   s et  S {T P ,   C F,  SF ,   B W ,   C R w ill   b u s ed   ( s ee   T ab le  4   f o r   d ef i n it io n   o f   a ir   in ter f ac e   p ar am eter s ) .       N o .   S e t t i n g s   O r i g i n a l   s i mu l a t o r   A l t e r a t i o n   Ju st i f i c a t i o n   1.   M i n i m u m   S e n si t i v i t y   S e e   T a b l e   I I   [ 8 ]   M o d i f i e d   a c c o r d i n g   t h e   mo d e l   i n   [ 9 ]   A s me n t i o n e d   e a r l i e r   i n   t h e   me t h o d o l o g y   se c t i o n   2.   S h a d o w i n g   e f f e c t   N o n e   A d d e d   t o   t h e   si mu l a t o r   w i t h   i n p u t   p a r a me t e r s   d e r i v e d   f r o [ 9 ]   A d d i n g   t h e   s h a d o w i n g   e f f e c t   w i l l   g i v e   t h e   r e a l i st i c   o u t p u t   w i t h   r e g a r d t o   t h e   e n v i r o n me n t   r a t h e r   t h a n   i d e a l   c a se   o n l y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l 10 ,   No .   1 A p r il   2 0 1 8   :   21 4     2 2 3   218   T ab le  5 .   E x p er im e n ts   Set o f   P ar am eter s   [ 8 ]   P a r a me t e r   S N 1   S N 2   S N 3   S p r e a d i n g   F a c t o r ,   S F   12   6   12   C a r r i e r   F r e q u e n c y ,   C F   8 6 8   8 6 8   8 6 8   T r a n smit   P o w e r ,   T P   14   14   14   B a n d w i d t h ,   B W   1 2 5   5 0 0   1 2 5   C o d i n g   R a t e ,   C R   4 / 8   4 / 5   4 / 5       Fig u r es  3   s h o w   t h p lace m e n o f   s en s o r   n o d es a n d   b ase  s tati o n s   f o r   clu tter   d is tr ib u tio n .           Fig u r 3 .   T h n u m b er   o f   s i n k   i s   1 ,   an d   th n u m b er   o f   n o d es a r 1 6 0 0           Fig u r 4 .   T h n u m b er   o f   s i n k   i s   2 ,   an d   th n u m b er   o f   n o d es a r 1 6 0 0       Fig u r 5 .   T h n u m b er   o f   s i n k   i s   3 ,   an d   th n u m b er   o f   n o d es a r 1 6 0 0           Fig u r 6 .   T h n u m b er   o f   s i n k   i s   4 ,   an d   th n u m b er   o f   n o d es a r 1 6 0 0       Fig u r 7 .   T h n u m b er   o f   s i n k   i s   6 ,   an d   th n u m b er   o f   n o d es a r 1 6 0 0       Fig u r 8 .   T h n u m b er   o f   s i n k   i s   8 ,   an d   th n u m b er   o f   n o d es a r 1 6 0 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       C lu tter ed   Tr a ff ic  Dis t r ib u tio n   in   Lo R a   LPW A N   ( N u r   A is h a h   B t.  Za in a l)   219       Fig u r 9 .   T h n u m b er   o f   s i n k   i s   2 4 ,   an d   th n u m b er   o f   n o d es  ar 1 6 0 0       T h r esu lts   o f   t h ab o v ex p er i m e n ts   co n s i s t o f   t w o   d if f er en t   p ar am eter s .   First l y ,   w w an t o   id en tify   th n u m b er   o f   co n n ec ted   n o d e s .   Seco n d l y ,   w w an to   in v est ig ate  t h S h ad o w i n g   E f f ec t o n   th n u m b er   o f   lo s t   p ac k ets  f r o m   all  3 5   o u tp u t s   we  g o f r o m   s e v e n   tr ial s   f o r   ev e r y   e x p er i m e n t.  Fi n all y ,   w w a n to   s ee   th e   E f f ec t   o f   S h ad o w i n g   o n   th Data   T h r o u g h p u w h ich   ar co n s is t s   o f   Data   E x tr ac tio n   R ate   ( DE R ) Data   E x tr ac tio n   R ate  ( DE R ) is   th r atio   o f   r ec eiv ed   m es s ag e s   to   s en d   m es s a g es  o v er   p er io d .   T h ac h iev ab le  is   d ep en d in g   o n   th n u m b er ,   p o s itio n   an d   b eh a v io r   o f   L o R s e n s o r   n o d es  a n d   g ate w a y s   w h ich   i s   d ef i n ed   b y   SN,  a n d   an d   its   v alu is   b et w ee n   0   an d   1 .   T h m o r e f f ec ti v L o R d ep lo y m e n is   t h r ea d in g   w h ic h   is   clo s er   to   1   an d   v ice   v er s a.   [ 8 ]   T h m etr ic  is   lo o k in g   at   th e   n et w o r k   d ep lo y m e n t   an d   n o r ec o r d in g   th in d i v id u al  n o d e   p er f o r m a n ce .   th n u m b er   o f   r ec eiv p ac k ets,  co llid ed   p ac k ets  an d   s e n p ac k ets.  Ou r   r es u lt s   w i ll  b co m p ar ed   to   clu tter ed   d is tr ib u tio n   ( w it h o u t   ef f ec t   o f   S h ad o w i n g )   r esu lt   a n d   f r o m   t h at,   w w i ll   co m o u w it h   t h e   co n clu s io n   f o r   th is   r esear c h .   All th d is c u s s io n   o f   t h r es u lts   w il l b av ailab le  in   t h n ex s e ctio n .       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   R es u lts   o f   t h ex p er i m e n t s   co n s is ts   o f   v ar io u s   p ar t,  w h ic h   w er e;  f ir s tl y ,   Nu m b er   o f   C o n n ec ted   No d es .   S ec o n d l y ,   S h ad o w i n g   E f f ec o n   t h Nu m b er   o f   L o s P ac k et s .   T h ese  r e s u lt s   w er r ep o r ted   in   [ 1 0 ] .   T h ir d ly ,   th Da ta  T h r o u g h p u t     4 . 1 .   Nu m ber  o f   Co nn ec t ed  No de s   T h is   s ec tio n   p r esen t s   t h e f f ec t o f   s h ad o w i n g   o n   t h n u m b er   o f   co n n ec ted   ( co v er ed )   n o d es.   Fro m   t h e   r esu lt s   p r esen ted   in   F i g u r es   1 0   an d   1 1 ,   th er ar n o   m u ch   d if f er e n ce s   b et w ee n   th t w o   r esu lt s   w h ich   w er e   w it h o u ap p l y i n g   t h s h ad o w i n g   ef f ec t   an d   w i th   ap p l y i n g   t h s h ad o w in g   e f f ec t.  A l s o ,   th r esu lt   s h o w s   th e   n u m b er   o f   s en s o r   n o d es  co v er ed   w er in cr ea s g r ad u al l y   as   th n u m b er   o f   s i n k s   in cr ea s e.   I is   tr u b ec au s e,   as  t h n u m b er   o f   s i n k s   in cr ea s e,   th e   n o d es   tr ied   to   r ea ch   e ith er   o n e   o f   th e   s i n k s   s o   t h at   it  ca n   tr a n s f er   t h p ac k ets d ir ec tl y   to   t h s i n k s .       Fig u r 1 0 .   Nu m b er   o f   C o n n ec ted   No d es  w it h o u t   S h ad o w in g   E f f ec t   962   1329   1351   1577   1594   1598   1600   964   1330   1359   1580   1591   1598   1600   942   1323   1352   1572   1591   1598   1600   968   1343   1356   1576   1591   1598   1600   943   1340   1351   1579   1594   1599   1600   1   2   3   4   6   8   24   N o  o s i n ks   N U M B E R   OF   N O D E S   C O V E R E D   E x p  0 E x p  1 E x p  2 E x p  3 E x p  4 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l 10 ,   No .   1 A p r il   2 0 1 8   :   21 4     2 2 3   220     Fig u r 1 1 .   Nu m b er   o f   C o n n ec ted   No d es  w it h   Sh ad o w i n g   E f f ec t       4 . 2 .   Sh a do w ing   E f f ec t   o n t he  Num b er   o f   L o s t   P a ck et s   T h is   s ec tio n   p r esen t s   t h ef f e ct  o f   c h an n el  s h ad o w i n g   o n   t h n u m b er   o f   lo s p ac k et s .   B ased   o n   t h e   r esu lt  ab o v in   F ig u r es   1 2   an d   1 3 ,   w it h   th s h ad o w in g   ef f e ct,   th p ac k et  lo s w er in cr ea s in g   as  t h n u m b er   o f   s i n k s   i n cr ea s e.   I is   b ec au s e,   th s e n s o r   n o d es  tr ied   to   r ea ch   ea ch   o n o f   th s i n k s   to   t r an s f er   th p ac k ets,   w h ic h   lead s   to   g r ea ter   lo s s   in   th p ac k et  tr a n s f er .   W ith o u s h ad o w i n g   e f f ec t,  t h er w er n o   m u ch   d if f er en ce s   in   ter m s   o f   lo s t p ac k e ts   t h at  we  h ad   id en ti f ied   f r o m   t h ex p e r i m en ts   co n d u c ted .       Fig u r 1 2 .   Nu m b er   o f   lo s t p ac k ets  w i th o u t   s h ad o w i n g   961   1339   1371   1579   1594   1599   1600   754   1130   1417   1584   1588   1600   1600   961   1327   1368   1575   1588   1597   1600   965   1326   1361   1571   1590   1600   1600   964   1327   1352   1580   1595   1599   1600   1   2   3   4   6   8   24   N o  o s i n ks   N U M B E R   OF   N O D E S   C O V E R E D   E x p  0 E x p  1 E x p  2 E x p  3 E x p  4 2162   3061   3043   3368   3434   3527   3570   2272   3017   2947   3378   3498   3554   3660   2366   3069   3123   3379   3540   3539   3602   2338   2997   3049   3437   3423   3565   3618   2404   2973   2992   3408   3572   3485   3591   1   2   3   4   6   8   24   N o . o S i n ks   N O   O F   L O S T   P A C K E T S   F O R   C L U T T E R   D I S T R I B U T I O N   E x p  0 E x p  1 E x p  2 E x p  3 E x p  4 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       C lu tter ed   Tr a ff ic  Dis t r ib u tio n   in   Lo R a   LPW A N   ( N u r   A is h a h   B t.  Za in a l)   221     Fig u r 1 3 .   Nu m b er   o f   lo s t p ac k ets d u to   s h ad o w in g       4 . 3 .   E f f ec t   o f   Sh a do w ing   o n Da t a   T hro ug hp ut   T h is   s ec tio n   p r esen ts   t h ch an n el  s h ad o w in g   ef f ec o n   t h lin k   th r o u g h p u t.   Fro m   th r esu lts   p r esen ted   in   F i g u r es   1 4   an d   1 5 ,   o n ca n   d ed u ce   th at  t h ef f e ct  o f   s h ad o w i n g   o n   th c h a n n e l th r o u g h p u t c an   b e   m iti g ated   b y   i n cr ea s i n g   t h n u m b er   o f   s i n k s   i n   t h n e t w o r k .   T h is   s tr o n g l y   r e f lecte d   i n   t h r ec eiv ed ,   s en t   an d   co llid ed   p ac k ets s tatis t ics b elo w   i n   F i g u r es 1 6 ,   1 7   an d   1 8.       Fig u r 1 4 .   C h an n el  T h r o u g h p u t D e g r ad atio n   w it h o u t t h ef f ec t o f   Sh ad o w i n g   2257   2964   2992   3400   3523   3557   3600   2236   3036   3037   3412   3511   3522   3490   2322   3109   3000   3392   3500   3466   3559   2386   2944   2991   3487   3540   3476   3672   2315   2986   3045   3369   3531   3517   3674   1   2   3   4   6   8   24   N o  o s i n ks   N O   O F   L O S T   P A C K E T S   F O R   C L U T T E R   D I S T R I B U T I O N   E x p  0 E x p  1 E x p  2 E x p  3 E x p  4 0.07 12   0.19 47   0.24 31   0.43 43   0.50 72   0.55 72   0.72 7   0.29 08   0.50 76   0.60 84   0.77 21   0.85 57   0.907 8   0.99 15   0.58 72   0.82 5   0.84 28   0.97 79   0.99 07   0.99 65   0.99 77   0.56 78   0.80 67   0.83 62   0.97 64   0.99 29   0.99 74   1   0.56 12   0.81 66   0.84 06   0.983 1   0.99 42   0.99 82   1   1   2   3   4   6   8   24   N o . o S i n ks   C H A N N E L   T H R O U G H P U T   F O R   C L U T T E R   D I S T R I B U T I O N   E x p  0 E x p  1 E x p  2 E x p  3 E x p  4 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l 10 ,   No .   1 A p r il   2 0 1 8   :   21 4     2 2 3   222     Fig u r 1 5 .   C h an n el  T h r o u g h p u t D e g r ad atio n   b ec au s o f   Sh a d o w in g       Fig u r 1 6 .   Nu m b er   o f   r ec ei v p ac k ets d u to   th Sh ad o w i n g       Fig u r 1 7 .   Nu m b er   o f   co llid ed   p ac k ets b ec au s e   o f   Sh ad o w i n g   0.07 5   0.18 5   0.24 7   0.43 8   0.50 1   0.55   0.72 4   0.29   0.49 5   0.60 6   0.78 2   0.86 3   0.90 5   0.99   0.59 2   0.82   0.85   0.98   0.98 9   0.99 6   0.99 8   0.56 3   0.81 3   0.84 2   0.97 4   0.99 2   0.99 9   1   0.57 1   0.81 5   0.844   0.982   0.995   0.998   0.999   1   2   3   4   6   8   24   N o  o s i n ks   C H A N N E L   T H R O U G H P U T   F O R   C L U T T E R   D I S T R I B U T I O N   E x p  0 E x p  1 E x p  2 E x p  3 E x p  4 424   1062   1424   2533   2889   3182   4123   1654   2847   3521   4476   4994   5227   5504   3398   4799   4886   5595   5686   5635   5627   3281   4611   4789   5675   5783   5663   5784   3293   4704   4918   5606   5758   5703   5795   1   2   3   4   6   8   24   N o  o s i n ks   N U M B E R   O F   R E C E I V E   P A C K E T S   F O R   C L U T T E R   D I S T R I B U T I O N   E x p  0 E x p  1 E x p  2 E x p  3 E x p  4 2967   4464   6564   6549   9218   12226   34309   1808   2368   3628   3177   4798   6362   17154   23   25   47   52   85   104   274   157   132   142   181   201   204   620   158   124   124   150   175   222   691   1   2   3   4   6   8   24   N o  o s i n ks   N U M B E R   O F   C O L L I D E D   P A C K E T S   F O R   C L U T T E R   D I S T R I B U T I O N   E x p  0 E x p  1 E x p  2 E x p  3 E x p  4 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       C lu tter ed   Tr a ff ic  Dis t r ib u tio n   in   Lo R a   LPW A N   ( N u r   A is h a h   B t.  Za in a l)   223     Fig u r 1 5 .   Nu m b er   o f   s e n t p ac k ets d u to   S h ad o w in g       5.   CO NCLU SI O N   T h r esear ch   s h o w s   t h at  b y   ap p ly i n g   t h s h ad o w i n g   e f f e ct,   o n l y   5 0 o f   t h s en s o r   n o d es  w er e   co n n ec ted   at  an y   m o m e n w h ile  th is   p er ce n ta g h as  i n cr ea s ed   g r ad u all y   a s   th n u m b er   o f   s in k s   in cr ea s ed .   A l s o ,   th er ar n o   m u ch   d i f f er en ce s   i n   o u tp u g at h er ed   if   w e   ar ap p ly in g   o r   w n o ap p l y i n g   t h S h ad o w in g   E f f ec t to   th n e t w o r k .     Sh ad o w in g   e f f ec p la y s   co n s id er ab le  r o le  in   d eter m i n in g   t h o v er all  n et w o r k   p er f o r m a n c o f   L o R a   L P W A N.   Ma la y s ian   s m ar ci t y   e n v ir o n m e n i s   r ic h   w it h   s h ad o w i n g   cl u tter   s u c h   as  j u n g le  a n d   f o lia g i n   o f f ice   an d   r es id en tial   ar ea s .   T h is   ce r tain l y   p la y s   m aj o r   r o l in   li m iti n g   t h n et w o r k   co v e r ag an d   co n ti n u o u s   co n n ec ti v it y .   Hen ce ,   ca r e f u l c o n s id er atio n   is   n ec es s ar y   i n   n e t w o r k   p la n n in g   an d   tr an s m it p o w er   b u d g eti n g .       ACK NO WL E D G E M E NT   T h is   w o r k   i s   s u p p o r ted   b y   I n te r n atio n al  I s la m ic  U n i v er s it y   Ma la y s ia  Gr an t N o .   R I GS1 6 - 3 6 2 - 0526.       RE F E R E NC E S   [1 ]   I .   Ca th e rin e ,   e t   a l. ,   Re p o r Co m p a riso n   o f   w irele ss   tec h n iq u e s,” 2 0 1 7 .   [2 ]   P a sc a T . e a l . ,   L o w - P o w e W i d e - A re a   N e t w o rk s at t h e   IET F ,   IEE Co mm u n .   S t a n d .   M a g . ,   p p .   7 6 7 9 ,   2 0 1 7 .   [3 ]   O.  G e o rg io u   a n d   U.  Ra z a ,   L o w   P o w e W id e   A re a   N e t w o rk   A n a ly sis:  Ca n   L o Ra   S c a le?   v o l /i ss u e :   2 3 3 7 ( c ) ,   p p .   1 4 ,   2 0 1 6 .   [4 ]   Ho m e   -   T h e   T h in g s Ne t w o r k   W ik i ,   Av a il a b le:  h tt p s:// w ww . th e th in g sn e tw o rk . o rg / w ik i/ L o Ra WAN/Ho m e .   [5 ]   A .   F a ll is,   L o ra _ F A Q,”  v o l /i ss u e :   53 ( 9 ) ,   p p .   1 6 8 9 1 6 9 9 ,   2 0 1 3 .   [6 ]   A .   A u g u stin ,   e a l. ,   A   S tu d y   o f   L o Ra L o n g   Ra n g e   &   L o w   P o w e Ne t w o rk f o th e   In tern e o f   T h in g s,”  S e n so rs v o l /i ss u e :   16 ( 9 ) p p .   1 4 6 6 ,   2 0 1 6 .   [7 ]   D.  Ke n d a l,   T h e   L o Ra WA T M   S p e c if ica ti o n   De v e lo p m e n ts.   [8 ]   M .   C.   B o r,   e a l. Do   L o Ra   L o w - Po we W id e - Are a   Ne two rk S c a le?   P r o c .   1 9 th   A CM   In t.   C o n f .   M o d e l.   A n a l.   S im u l.   W irel.   M o b .   S y st .,   p p .   5 9 6 7 ,   2 0 1 6 .   [9 ]   J.  P e täjä järv i,   e a l. On   th e   c o v e ra g e   o L PW ANs:  Ra n g e   e v a lu a ti o n   a n d   c h a n n e a tt e n u a ti o n   mo d e fo L o R a   tec h n o l o g y ,   2 0 1 5   1 4 t h   In t.   C o n f .   IT S   T e le c o m m u n ,   p p .   5 5 5 9 ,   2 0 1 6 .   [1 0 ]   Nu A .   B t .   Z . e a l. ,   S e n so No d e   Cl u tt e r   Distrib u ti o n   in   L o Ra   L PW AN,   4 t h   IEE In t.   Co n f .   o n   S m a rt  In stru m e n tatio n ,   M e a su re m e n a n d   A p p li c a ti o n ICS IM A ,   T h e   Ev e rl y   P u traja y a   Ho tel,   KL ,   M a la y sia ,   p p .   5 5 5 9 ,   2 0 1 7 .   [1 1 ]   M .   H.  Ha b a e b i,   e a l . ,   Ef f e c ts  o S h a d o w in g   o n   L o Ra   L P W A R a d io   L in k s ,”   In ter n a ti o n a J o u rn a o E lec trica l   a n d   Co m p u ter   E n g i n e e rin g   ( IJ ECE ) v o l/ issu e 7 (6 ) ,   p p .   2 9 7 0 - 2 9 7 6 2 0 1 7 .   5650   5755   5758   5784   5766   5788   5695   5699   5753   5810   5725   5788   5775   5561   5743   5852   5745   5709   5752   5660   5636   5824   5671   5685   5824   5827   5668   5784   5766   5772   5828   5710   5786   5714   5796   1   2   3   4   6   8   24   N o  o s i n ks   N U M B E R   O F   S E N T   P A C K E T S   F O R   C L U T T E R   D I S T R I B U T I O N   E x p  0 E x p  1 E x p  2 E x p  3 E x p  4 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.