Estudo focado na avaliação da qualidade de transmissão entre dispositivos de baixo custo e longo alcance em ambientes militares reais.
O estudo utilizou protocolo LoRaWAN estruturado em camadas customizadas para medir a perda de informação. Foram avaliados 8 cenários de distâncias diferentes, começando em 500 metros, afastando 500 metros por cenário, até alcançar 4000 metros entre transmissor e receptor. O dispositivo Heltec foi programado, utilizando linguagem C, para funcionar com o fator de espalhamento (Spreading Factor) em 12, sendo o maior valor para garantir que a transmissão ocorra na maior distância possível. A frequência de transmissão do aparelho é a frequência de 915MHz, subfaixa ISM autorizada para uso pela ANATEL, sem necessidade de licença individual.
Pacotes de usuário divididos em sete grupos de mensagens, sendo eles o número do pacote, um cabeçalho padrão, 5 números aleatórios, 10 números aleatórios, 15 números aleatórios, 20 números aleatórios e uma palavra para fechamento. Esta forma foi aderida para avaliar a integridade da transmissão, validando a condição de cada grupo conforme os testes.
VBTP-MR Guarani: foi utilizada uma viatura blindada, com capacidade de transporte para 11 militares, motorização 6x6 e peso máximo de 25 toneladas, como meio de transporte do dispositivo transmissor. O dispositivo foi implementado na lateral da lataria do guarani, busacando-se um ponto bem posicionado, sem interferência do material do veículo.
O segundo dispositivo Heltec foi alocado em uma mesa no ponto inicial do trajeto dos testes. Para catalogar os dados transmitidos e recebidos pelos dispositivos foi utilizado o picocom, um emulador de terminal que consegue registrar dados recebidos de uma porta serial.
Para os dados listados pelo emulador, foi escrito um algorítimo em python para planilhar os dados dos pacotes separados em grupos e compara-los entre os registros de transmitidos e recebidos para cada teste. Com os dados organizados, foi realizada por métodos estatísticos: correlação de Pearson, para avaliar a relação entre a distância e a eficiência do sinal produzido; método não paramétrico de comparação de grupos de dados independentes Kruskal-Wallis, para indicar a significância das medianas em relação a eficiência do sinal e dos pacotes enviados pela distância; modelagem de regressão linear pelo método de Ordinary Least Squares (OLS) para demonstrar a relação da eficiência do sinal ao longo das distâncias; e Teste Binomial Exato para sinalizar a significância da taxa de erro global por pacote transmitido, com limite de 5%.
O resultado da correlação indica que a soma de pacotes perdidos não tem relação significativa com a distância entre os dispositivos, que a distância tem uma forte relação, inversamente proporcional, com RSSI médio e que a soma de pacotes perdidos com o RSSI médio apresenta uma relação invesamente proporcional significativa.
A partir do resultado da modelagem, é visível a piora do sinal médio dos pacotes conforme o aumento da distância entre os dispositivos LoRa. Entretando, também é notável que o declínio não é acentuado e que os valores não decaem constantemente. Isso pode indicar que a distância não é o principal fator determinante da queda de qualidade do sinal.
Concordando com a Correlação de Pearson, o gráfico demonstra um ligeiro aumento de perda de pacotes conforme o aumento da distância. Além de ser evidente, através dos valores de pacotes corrompidos que são bem inconstântes.
Fora 31 pacotes enviados por cenário, contabilizando um total de 248 pacotes enviados, 39 perdidos, 42 recebidos mas corrompidos, 4 pacotes em que o numero do pacote foi corrompido, 21 vezes que o grupo A foi corrompido, 14 vezes que o grupo B foi corrompido, 16 vezes que o grupo C foi corrompido, 24 vezes que o grupo D foi corrompido, 29 vezes que o grupo E foi corrompido e 22 vezes o grupo F foi corrompido. O teste 4 de 2000 metros de distância teve 100% de perda dos pacotes transmitidos, enquanto os testes 3, 6 e 7 (500, 3000 e 3500) obtiveram 100% de recepção de pacotes. A média total do RSSI ficou em 101,99 dBm, com o melhor sinal sendo -92 dBm do teste 1 (500 metros) e o pior sinal ficou em -111 dBm, ocorrendo nos testes 5, 6 e 8 (2500, 3000 e 4000).
Com os resultados da Correlação de Pearson e as modelagem de regressão linear do estudo do Lora comunicando entre dispositivos no solo, busca-se continuar a pesquisa, avaliando a hipótese se uso de drones como receptores de visada livre pode aumentar o alcance de comunicação e reduzir a corrupção de pacotes.
Já foi montado e testado o protótipo do Heltec integrado com o drone DJI Mini 2. Os cenários dessa continuação do estudo serão reproduzidos com maiores distâncias entre os cenários, usando dois receptores, um solo e outro no drone para comparação entre o desempenho dos enlaces.
Professor no IFSP, orientador da pesquisa.
