Publicação: LoRa e IEEE 802.15.4 a 2,4 GHz: Análise Comparativa de Comunicação Sem Fio e Viabilidade Energética com Fontes Renováveis em Cenários Industriais
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
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Almeida, Marcelo Barros de
Resumo
A Quarta Revolução Industrial, caracterizada pela interconexão de sistemas, tem na Internet das Coisas (IoT) um pilar fundamental, promovendo a convergência entre os mundos físico e digital. No cenário da IoT Industrial (IIoT), tecnologias como ZigBee e LoRa impulsionaram a adoção de soluções de monitoramento devido à flexibilidade e baixo consumo. No entanto, garantir confiabilidade e autonomia energética permanecem desafios críticos para a escalabilidade dessas redes.
Neste contexto, este trabalho apresenta uma análise comparativa de duas soluções sem fio operando na banda ISM de 2,4 GHz: o padrão IEEE 802.15.4, implementado via transceptor AT86RF233, e a camada física (PHY) LoRa, utilizando o transceptor SX1280. O estudo avalia especificamente a robustez da modulação proprietária do LoRa frente ao padrão IEEE 802.15.4, além de investigar a viabilidade da aplicação de energy harvesting fotovoltaico.
Os resultados experimentais indicam que o IEEE 802.15.4 exibiu maior estabilidade na entrega de pacotes, mantendo taxas de sucesso acima de 90% em distâncias de até 150 metros, embora apresente consumo energético significativamente maior devido ao uso de amplificação externa para atingir 12 dBm. Em contrapartida, a tecnologia LoRa demonstrou superior eficiência energética, consumindo aproximadamente metade da corrente nas configurações testadas, com taxas de transmissão competitivas. Adicionalmente, a viabilidade técnica dos painéis fotovoltaicos foi confirmada, suprindo integralmente a demanda energética durante a transmissão contínua sob condições de alta irradiância.
Abstract
The Fourth Industrial Revolution, characterized by the interconnection of systems, relies on the Internet of Things (IoT) as a fundamental pillar, fostering the convergence between the physical and digital worlds. Within the Industrial IoT (IIoT) landscape, technologies such as ZigBee and LoRa have driven the adoption of monitoring solutions due to their flexibility and low power consumption. However, ensuring network reliability and energy autonomy remains a critical challenge for scalability.
In this context, this study presents a comparative analysis of two wireless solutions operating in the 2.4 GHz ISM band: the IEEE 802.15.4 standard, implemented via the AT86RF233 transceiver, and the LoRa physical layer (PHY), utilizing the SX1280 transceiver. Specifically, the work evaluates the robustness of LoRa’s proprietary modulation against the standardized IEEE protocol, while also investigating the feasibility of applying photovoltaic energy harvesting.
Experimental results indicate that IEEE 802.15.4 exhibited greater stability in packet delivery, maintaining success rates above 90% at distances up to 150 meters, albeit with significantly higher energy consumption due to the external amplification required to reach 12 dBm. In contrast, LoRa technology demonstrated superior energy efficiency, consuming approximately half the current in the tested configurations, while maintaining competitive transmission rates. Additionally, the technical feasibility of photovoltaic panels was confirmed, as they successfully supplied the full energy demand during continuous transmission under high solar irradiance conditions.
Palavras-chave
Automação, Automation ZigBee, Conectividade, Connectivity, IEEE 802.15.4, Indústria 4.0, Industrial communication, IIoT, IoT, LoRa, LPWAN, Sensores, Sensor technology, ZigBee
Citação
DANTAS, Lucas de Araujo. LoRa e IEEE 802.15.4 a 2,4 GHz: Análise Comparativa de Comunicação Sem Fio e Viabilidade Energética com Fontes Renováveis em Cenários Industriais. 2026. 83 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.106.
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