Innovative solutions for Wireless WAN: from Cellular communications for Platooning to LoRaWAN software defined nodes

The rapid development of wireless communication technologies has paved the way for enhanced network functionalities in diverse applications, from IoT-based networks to autonomous vehicle platooning. This thesis investigates innovative approaches to improve wireless communication systems in two critical domains: vehicular networks and \ac{IoT} infrastructures. The first part of the research focuses on improving \ac{C-V2X} communication for vehicle platooning. Specifically, it addresses the limitations of the \ac{SB-SPS} algorithm in \ac{OoC} scenarios by introducing a dual-strategy mechanism. This approach integrates precise time synchronization-using beaconing from a platoon leader-and a partition-based scheduling scheme to minimize resource collisions. The simulation results demonstrate improved packet delivery reliability and reduced update delays, supporting safer and more efficient platoon operations even in congested traffic environments. The second part of the thesis explores a novel architecture for LoRaWAN end nodes through the implementation of container-based virtualization and \ac{SDR} technologies. By decomposing the LoRaWAN protocol stack into microservices and deploying them using Docker containers, the proposed solution enables full virtualization of node functionalities, including the radio layer. Extensive real-world experiments and performance evaluations reveal that this architecture maintains communication reliability while significantly improving system flexibility, modularity, and resource efficiency. Comparisons between MATLAB- and C-based SDR implementations further highlight the benefits of optimized software design. Together, these contributions propose forward-looking solutions for robust, scalable, and programmable wireless systems that align with the needs of future autonomous mobility and dynamic IoT networks.

Lo sviluppo rapido delle tecnologie di comunicazione wireless ha aperto la strada a funzionalit\`a avanzate delle reti in diverse applicazioni, dalle reti basate su IoT alla formazione di veicoli autonomi. Questa tesi esamina approcci innovativi per migliorare i sistemi di comunicazione wireless in due ambiti critici: le reti veicolari e le infrastrutture \ac{IoT}. La prima parte della ricerca si concentra sul miglioramento della comunicazione \ac{C-V2X} per il platooning dei veicoli. In particolare, affronta le limitazioni dell'algoritmo \ac{SB-SPS} in scenari di fuori copertura (OoC), introducendo un meccanismo a doppia strategia. Questo approccio integra una sincronizzazione temporale precisa, utilizzando il beaconing da parte di un veicolo leader del platoon, e uno schema di pianificazione basato su partizioni per ridurre al minimo le collisioni di risorse. I risultati delle simulazioni dimostrano un miglioramento nell'affidabilit\`a della consegna dei pacchetti e una riduzione dei ritardi di aggiornamento, a supporto di operazioni pi\`u sicure ed efficienti del platoon anche in ambienti di traffico congestionato. La seconda parte della tesi esplora una nuova architettura per i nodi finali LoRaWAN attraverso l'implementazione di virtualizzazione basata su container e tecnologie \ac{SDR}. Decomponendo lo stack del protocollo LoRaWAN in microservizi e distribuendoli utilizzando container Docker, la soluzione proposta consente la virtualizzazione completa delle funzionalit\`a del nodo, incluso il livello radio. Esperimenti pratici e valutazioni delle prestazioni mostrano che questa architettura mantiene l'affidabilit\`a della comunicazione, migliorando significativamente la flessibilit\`a, la modularit\`a e l'efficienza delle risorse del sistema. I confronti tra implementazioni SDR basate su MATLAB e C evidenziano ulteriormente i vantaggi di un design software ottimizzato. Complessivamente, queste contribuzioni propongono soluzioni innovative per sistemi wireless robusti, scalabili e programmabili, che rispondono alle esigenze della mobilit\`a autonoma futura e delle reti IoT dinamiche.