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Avaliação da cobertura de sinal sem fio em Áreas Costeiras utilizando tecnologia LoraWan: Um estudo de campo em Ubatuba, SP - Fase 2

Dando continuidade ao estudo iniciado na primeira fase, onde detalhamos a aplicação da tecnologia LoRaWAN no Farol da Ponta Grossa, em Ubatuba, seguimos agora para a segunda fase de testes, com o objetivo de ampliar o alcance, testar o sinal do dispositivo em alto mar e validar a comunicação sem fio em distâncias ainda maiores e cenários mais realistas. Para quem ainda não conferiu os detalhes da fase inicial, recomendamos acessar este link para entender o contexto geral da implementação, configuração dos testes, hardwares utilizados e os resultados obitidos.

Nesta nova etapa, mantivemos o gateway implementado no Farol da Ponta Grossa, enquanto adicionamos um segundo gateway, posicionado na Praia das Cigarras, em São Sebastião, SP. A partir dessa configuração, buscamos explorar novos cenários e distâncias, avaliando a eficácia da tecnologia em uma faixa de alcance ainda maior. Entre os resultados mais notáveis, destaca-se o teste realizado na Praia de Ubatumirim, onde alcançamos uma distância de 19 km, comprovando a robustez da comunicação em ambiente marítimo e costeiro.

Com base nesses novos testes, será possível fornecer uma análise mais aprofundada sobre a performance da tecnologia LoRaWAN em longas distâncias, além de avaliar sua aplicabilidade em cenários desafiadores de conectividade. A seguir, apresentamos os resultados detalhados dos testes realizados nas praias de Prumirim e outros locais estratégicos, incluindo avaliações feitas a partir de uma embarcação em movimento.

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Hardwares utilizados

O endpoint trackerD é conhecido por sua sensibilidade de recepção na faixa de -150 dBm. Além disso, o gateway está equipado com uma antena externa omnidirecional de ganho 3 dBi e possui grau de proteção IP65 possibilitando a instalçao em embiente externo.

 

Instalação do Gateway Praia da Cigarras. São Sebastião - SP

Para a segunda fase dos testes de cobertura de sinal, foi realizada a instalação de um novo gateway outdoor, modelo DLS08 (confira neste link), em um site localizado na Praia das Cigarras, em São Sebastião, SP. Esse local conta com uma infraestrutura robusta, incluindo uma torre de 60 metros de altura. O gateway foi posicionado a uma altura de 25 metros, aproveitando a visada privilegiada do local para a linha costeira e outras regiões de interesse para os testes.

Ao lado, são apresentadas fotos da instalação, destacando tanto a localização do gateway quanto a visada obtida a partir da sua posição elevada. Apesar de a torre permitir uma maior flexibilidade em termos de altura, optamos por uma instalação a 40 metros, considerando que para distâncias mais longas, especialmente na casa dos 10 km ou mais, uma diferença de algumas dezenas de metros tem uma influência muito reduzida no ângulo do enlace de comunicação entre o gateway e os dispositivos rastreadores.

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Nesse cenário, o fator determinante para a qualidade do sinal está mais relacionado à linha de visada e à ausência de obstáculos significativos, do que à diferença de altura. Para distância menores, por exemplo na casa dos 100 metros, a altura vira um fator bem mais significante devido a maior variação do ângulo do enlace. 

Esse novo gateway permitirá ampliar o alcance dos testes realizados na fase inicial, fornecendo uma cobertura adicional para regiões até então não exploradas, além de permitir uma comparação direta dos resultados entre os dois pontos de instalação: o Farol da Ponta Grossa e a Praia das Cigarras.

Simulação de cobertura

Uma simulação de cobertura em relação ao ponto de instalação do gateway, indicado na figura abaixo, foi realizada para se definir pontos de interesse na análise da qualidade do sinal. Foi utilizado o software da Ubiquiti UISP Design que pode ser acessado pelo link: https://ispdesign.ui.com/

A seguir um print da simulação realizada. Quanto mais vermelho melhor a força do sinal estimada. 

Print da simulação de cobertura

Ponto 5 - Ubatumirim

Após os testes realizados nas praias de Perequê Açu (6,3 km), Itamambuca (6,8 km) e Prumirim (11,1 km), o próximo objetivo foi a praia de Ubatumirim, situada a 19 km do gateway instalado no farol Ponta Grossa. Os dados coletados apresentaram níveis de sinal ruins, com algumas perdas de pacotes, indicando que, nessas condições, estávamos próximos do limite de cobertura viável para o sistema.

 

Imagem 2: Enlace Perequê Açu. Extraída do Google Earth

Considerando a sensibilidade máxima do TrackerD igual a -150dBm, em relação aos 6.24 Km entre a praia de Perequê e o local de implantação do gateway, tivemos um nível muito bom de sinal, ainda com bastante folga para testes ainda mais distantes.

Ponto 2 - Itamambuca

O próximo teste realizado foi na praia de Itamambuca, mais ao leste, em relação a Perequê Açu. O novo local também proporciona uma boa visada para o Farol e ainda mais distante. A seguir ilustração do enlace obtido e os dados de qualidade do sinal junto com latitude e longitude do ponto de teste.

Imagem 3: Enlace Itamambuca. Extraída do Google Earth

Considerando a sensibilidade do TrackerD igual a -150dBm, levando em consideração os 6.78 Km entre a praia de Itamambuca e o local de implantação do gateway, tivemos um nível muito bom de sinal, ainda melhor do que no teste anterior em Perequê, principalmente o nível de ruído definido pelo SNR.

Ponto 3 - Prumirim

Após Itamambuca, o próximo teste foi realizado ainda mais a leste, na praia de Prumirim. Apesar da distância considerável, existe boa visada para o Farol da Ponta Grossa. A seguir ilustração do enlace obtido e os dados de qualidade do sinal junto com latitude e longitude do ponto de teste.

Imagem 4: Enlace Prumirim. Extraída do Google Earth.

Mesmo com mais de 11 Km de distância em relação ao gateway, tivemos boa comunicação no teste e parâmetros de sinal ainda bem positivos, indicando que seria possível testes bem sucedidos para distâncias ainda maiores.  

Ponto 4 - Praia das Palmas

O gateway utilizado para testes está equipado com uma antena externa de 3 dBi omnidirecional, portanto, na teoria, cada enlace que obtivemos indica que a cobertura está efetiva na área de uma circunferência com o raio igual à distância do enlace. Para testarmos na prática essa afirmação um novo teste foi realizado no outro sentido da costa em relação aos pontos 1, 2 e 3. Dessa vez o local foi a Praia das Palmas, no sentido mais ao sul do litoral. A seguir uma imagem descrevendo o enlace obtido e os dados de qualidade do sinal.

Imagem 5: Enlace Praia das Palmas. Extraída do Google Earth.

Apesar da distância do enlace ser menor que a de Prumirim (ponto 3), a qualidade do sinal foi inferior. Porém, a comunicação foi obtida e o teste no outro sentido do litoral também foi bem sucedido. A diferença em relação aos níveis de sinal como RSSI e SNR podem ser influenciadas por diversos fatores, tais como instalação, interferência e obstrução, como por exemplo a própria vegetação do local de teste.

Enlaces obtidos não intencionalmente

Outros dados interessantes obtidos não intencionalmente foram enlaces que não estão em visada direta. Assim como mostrado e ilustrado nas figuras abaixo.

Imagem 6: Enlace não intencional obstruído. Extraída do Google Earth.

Imagem 7: Perfil do enlace não intencional obstruído. Extraído do Ubiquiti UISP Design.

Conclusão

Os resultados dos primeiros testes em campo para o desenvolvimento de um sistema de rastreamento de embarcações marítimas foram altamente positivos. É evidente que, em algumas situações, a distância não é o principal desafio para a qualidade do sinal, como observado nos enlaces entre Perequê e Prumirim. Apesar da diferença de 4 km, a qualidade do sinal em Prumirim foi superior. Diversos fatores podem contribuir para esse cenário, mas empiricamente, a região de Perequê por ser mais urbanizada, apresenta um nível de ruído mais elevado em comparação com Prumirim e Itamambuca. Este dado é relevante, especialmente ao considerar o rastreamento de embarcações afastadas da costa, onde o nível de ruído tende a ser ainda mais baixo. Para dar continuidade a esse estudo, serão necessários novos testes, especialmente aqueles realizados embarcados, simulando de maneira realista o funcionamento do sistema em operação. Essas análises aprofundadas proporcionarão insights cruciais para otimizar a eficácia do sistema em diferentes cenários marítimos.

Entre em contato conosco para saber mais e conhecer nossas soluções.

Autores: Caian Fávero Brum, Fernando Ugarelli

Referências: