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https://tede.unioeste.br/handle/tede/8612| Tipo do documento: | Dissertação |
| Title: | Desenvolvimento e avaliação de uma estação retransmissora para redes LoRaWAN |
| Other Titles: | Practical evaluation of a LoRaWAN repeater focusing on reliability and energy consumption |
| Autor: | Ferreira, Julio Cezar da Silva ![]() |
| Primeiro orientador: | Camargo, Edson Tavares de |
| Primeiro coorientador: | Souza, Álvaro Ricieri Castro e |
| Primeiro membro da banca: | Camargo, Edson Tavares de |
| Segundo membro da banca: | Álvaro Ricieri Castro e, Souza |
| Terceiro membro da banca: | Oyamada, Marcio Seiji |
| Quarto membro da banca: | Favarim, Fábio |
| Resumo: | A crescente demanda por conectividade em aplicações de Internet das Coisas tem impulsionado pesquisas em dispositivos com alcance de longa distância e baixo consumo de energia, como a tecnologia LoRa e o protocolo LoRaWAN. Apesar dos avanços, obstáculos físicos e limitações de infraestrutura ainda comprometem a cobertura e a confiabilidade da comunicação em cenários desafiadores. Nesse contexto, a especificação TS011 LoRaWAN Relay e a sua implementação concretizada na biblioteca LoRa Basics Modem apresentam uma alternativa para ampliar a cobertura da rede, reduzir falhas de comunicação e viabilizar a operação de dispositivos finais com menor potência de transmissão. No entanto, ainda há carência de avaliações experimentais com dispositivos retransmissores aderentes à especificação TS011 LoRaWAN Relay na literatura especializada. Diante disso, o objetivo deste trabalho é avaliar experimentalmente a operação de um retransmissor LoRaWAN implementado com a biblioteca LoRa Basics Modem, bem como analisar a relação entre confiabilidade e consumo energético. No primeiro experimento, o retransmissor foi avaliado com o firmware padrão da LoRa Basics Modem a partir de seis arranjos experimentais e diferentes condições operacionais. Os resultados mostraram que o retransmissor ampliou o alcance da rede e melhorou a taxa de entrega de mensagens em áreas onde o alcance do gateway era limitado ou inexistente. Em cenários de baixa cobertura, o retransmissor mostrou-se indispensável à arquitetura da rede, embora sua ativação dinâmica tenha exigido a reinicialização dos dispositivos finais para adaptação à nova topologia. No segundo experimento, uma avaliação do consumo energético foi realizada com o objetivo de verificar se a adoção de fatores de espalhamento fixos maiores poderia ser considerada um compromisso viável frente ao aumento da confiabilidade. Os resultados mostram que o aumento do fator de espalhamento eleva a confiabilidade da comunicação e também o consumo energético no momento da transmissão. No entanto, o acréscimo no consumo não impacta significativamente o consumo total de energia, pois o maior custo energético está no funcionamento contínuo do dispositivo ao longo do tempo. No terceiro experimento foi incorporado ao firmware da LoRa Basics Modem um mecanismo supervisor de fator de espalhamento, projetado para operar com valores fixos mais altos e priorizar a confiabilidade da comunicação. Em comparação com o firmware padrão, o mecanismo supervisor aumentou em 92,8 pontos percentuais a entrega de mensagens, além de reduzir o consumo energético do dispositivo final ao dispensar a necessidade de manter o modo adaptive data rate ativo. |
| Abstract: | The growing demand for connectivity in Internet of Things applications has driven research into devices with long-range and low powerconsumption,suchasLoRatechnologyandtheLoRaWAN protocol, which organizes network communication. Despite advancements, physical obstacles and infrastructure limitations still compromise coverage and communication reliability in challenging scenarios. In this context, the TS011 LoRaWAN Relay specification and the implementation of a repeater using the LoRa Basics Modem library present an alternative to expand network coverage, reduce communication failures, and enable the operation of end devices with lower transmission power. However, there is still a lack of experimental evaluations with firmware adhering to this specification in the literature. Therefore, the objective of this work is to experimentally evaluate the operation of a LoRaWAN repeater developed with the LoRa Basics Modem library, as well as to analyze the relationship between reliability and energy consumption. In the first experiment, the operation of the repeater with the standard LoRa Basics Modem firmware was evaluated, based on six experimental arrangements and different operating conditions. The results showed that the repeater extended the network range and improved the message delivery rate in areas where the gateway’s range was limited or nonexistent. In low-coverage scenarios, the repeater proved indispensable to the network architecture, although its dynamic activation required the end devices to be restarted to adapt to the new topology. In the second experiment, an energy consumption assessment was performed to verify whether adopting higher fixed spreading factors could be considered a viable compromise in the face of increased reliability. The results show that increasing the spreading factor increases communication reliability and also energy consumption during transmission. However, this increase does not significantly impact total energy consumption, as the greatest energy cost is in the continuous operation of the device over time. In the third experiment, a spreading factor supervisor mechanism was incorporated into the LoRa Basics Modem firmware, designed to operate with higher fixed values and prioritize communication reliability. Compared to standard firmware, the supervisory mechanism increased message delivery by 92.8 percentage points, in addition to reducing the end device’s power consumption by eliminating the need to keep adaptive data rate mode active. |
| Keywords: | LoRa LoRaWAN TS011 LoRaWAN Relay confiabilidade consumo energético LoRa LoRaWAN TS011 LoRaWAN relay reliability power consumption |
| CNPq areas: | CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Estadual do Oeste do Paraná |
| Sigla da instituição: | UNIOESTE |
| Departamento: | Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação |
| Campun: | Cascavel |
| Citation: | FERREIRA, Julio Cezar da Silva. Desenvolvimento e avaliação de uma estação retransmissora para redes LoRaWAN. 2026. 110 f. Dissertação( Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| Endereço da licença: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
| URI: | https://tede.unioeste.br/handle/tede/8612 |
| Issue Date: | 20-May-2026 |
| Appears in Collections: | Mestrado em Ciência da Computação (CVL) |
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