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

Em um contexto cada vez mais dependente de conectividade sem fio, a importância de realizar um estudo abrangente de cobertura de sinal antes da execução de projetos de aplicação é inegável. Este processo vai além de uma mera formalidade técnica, trata-se de um alicerce estratégico para o sucesso de qualquer aplicação que envolva tecnologias sem fio, como IoT, rastreamento e monitoramento remoto.

O estudo de cobertura de sinal desvenda detalhes críticos do ambiente em que a aplicação será implementada. Ele proporciona uma visão aprofundada da distribuição do sinal, identificando áreas de cobertura eficaz, possíveis zonas de sombra e eventuais interferências que podem comprometer a qualidade da comunicação. Ao antecipar e compreender esses fatores, as equipes de desenvolvimento podem tomar decisões orientadas para otimizar a distribuição de dispositivos, escolher as melhores localizações para antenas e garantir uma conectividade robusta em todas as áreas do projeto.

No período de 21/11/23 a 23/11/23, a Alma IoT, em parceria com uma empresa cliente, promoveu a implementação da tecnologia de comunicação sem fio LoRaWAN no Farol da Ponta Grossa, em Ubatuba, visando a realização de testes práticos. O propósito principal dessas iniciativas foi validar a aplicabilidade da tecnologia no contexto marítimo, destacando a avaliação de distâncias de enlaces e a qualidade da comunicação do sinal. Adicionalmente, uma estação meteorológica foi instalada no farol, proporcionando, de forma remota, informações detalhadas sobre o microclima local.

A equipe da Alma IoT realizou uma simulação de cobertura em relação ao gateway implantado, identificando diversas regiões costeiras com visada para o Farol da Ponta Grossa, cujas coordenadas são -23.460611, -45.019391. Com base nessa simulação, foram selecionadas as praias de Perequê Açu, Itamambuca e Prumirim para a execução dos testes.

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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.

 

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. Com base nessa simulação, foram selecionadas as praias de Perequê Açu, Itamambuca e Prumirim para a execução dos testes, pontos 1, 2 e 3 respectivamente, assim como indicado na figura abaixo.

Imagem 1: Print da simulação de cobertura

Ponto 1 - Perequê açu

O primeiro local de teste foi a praia de Perequê Açu. O local proporciona uma boa visada para o Farol da Ponta Grossa e os testes de cobertura foram realizados com sucesso. A seguir uma ilustração do enlace obtido e os dados de qualidade do sinal, junto com latitude e longitude do ponto de teste.

 

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: