Direct-to-Satellite IoT (DtS-IoT) has the potential to support multiple verticals, including agriculture, industry, smart cities, and environmental disaster prevention. This work introduces two novel DtS-IoT schemes using power domain NonOrthogonal Multiple Access (NOMA) in the uplink with either fixed (FTP) or controlled (CTP) transmit power. We consider that the IoT devices use LoRa technology to transmit data packets to the satellite in orbit, equipped with a Successive Interference Cancellation (SIC)-enabled gateway. We also assume the IoT devices are empowered with a predictor of the satellite orbit. Using real geographic location and trajectory data, we evaluate the performance of the average number of successfully decoded transmissions, goodput (bytes/lap), and energy consumption (bytes/Joule) as a function of the number of network devices. Numerical results show the trade-off between goodput and energy efficiency for both proposed schemes. Comparing FTP and CTP with regular ALOHA for 100 (600) devices, we find goodput improvements of 65% (29%) and 52% (101%), respectively. Notably, CTP effectively leverages transmission opportunities as the network size increases, outperforming the other strategies. Moreover, CTP shows the best performance in energy efficiency compared to FTP and ALOHA.

Bản dịch tiếng Việt:

IoT trực tiếp tới vệ tinh (DtS-IoT) có tiềm năng hỗ trợ nhiều ngành dọc, bao gồm nông nghiệp, công nghiệp, thành phố thông minh và phòng chống thảm họa môi trường. Công trình này giới thiệu hai sơ đồ DtS-IoT mới sử dụng miền năng lượng Đa truy cập không trực giao (NOMA) trong đường lên với công suất truyền cố định (FTP) hoặc được kiểm soát (CTP). Chúng tôi cho rằng các thiết bị IoT sử dụng công nghệ LoRa để truyền các gói dữ liệu đến vệ tinh trên quỹ đạo, được trang bị cổng hỗ trợ Khử nhiễu liên tiếp (SIC). Chúng tôi cũng giả định rằng các thiết bị IoT được trang bị bộ dự đoán quỹ đạo vệ tinh. Bằng cách sử dụng dữ liệu quỹ đạo và vị trí địa lý thực, chúng tôi đánh giá hiệu suất của số lần truyền được giải mã thành công trung bình, lưu lượng tốt (byte/vòng) và mức tiêu thụ năng lượng (byte/Joule) như một hàm của số lượng thiết bị mạng. Các kết quả bằng số cho thấy sự cân bằng giữa sản lượng tốt và hiệu quả sử dụng năng lượng cho cả hai phương án đề xuất. So sánh FTP và CTP với ALOHA thông thường cho 100 (600) thiết bị, chúng tôi nhận thấy mức cải thiện hiệu suất lần lượt là 65% (29%) và 52% (101%). Đáng chú ý, CTP tận dụng hiệu quả các cơ hội truyền tải khi quy mô mạng tăng lên, vượt trội so với các chiến lược khác. Hơn nữa, CTP cho thấy hiệu suất sử dụng năng lượng tốt nhất so với FTP và ALOHA.

Document Ready

Click below to load the full PDF document natively.