Gateway WIFI-LoRaWAN para Integração de Medidores Inteligentes de Energia
Resumo
A Internet das Coisas tem crescido rapidamente, adotando novas tecnologias como as redes de baixa potência e longo alcance (LPWAN), com destaque para o protocolo LoRaWAN, desenvolvido para modulação LoRa. Muitos medidores inteligentes estão equipados com módulos Wi-Fi, exigindo conexão com a internet no local. Porém, em áreas rurais, isso nem sempre é possível. Nesse contexto, o uso de LoRa permite que esses dispositivos se comuniquem diretamente com gateways a quilômetros de distância. Assim, este trabalho propõe uma solução para integrar medidores de energia inteligentes com módulos Wi-Fi a dispositivos LoRa, conectados a uma rede LoRaWAN, para monitorar remotamente a geração e o consumo de energia em áreas sem acesso à internet. A solução apresentada explora o potencial do LoRa/LoRaWAN para monitoramento remoto, especialmente em cenários onde o tempo de transmissão não é crítico e o número de dispositivos conectados é baixo. Foram realizados testes com sensores inteligentes e placas de desenvolvimento LoRa TTGO e Heltec, analisando o desempenho da comunicação e o fluxo de mensagens na rede LoRaWAN. Os resultados indicam que essa tecnologia pode ser uma alternativa eficiente para o monitoramento de dados energéticos em locais remotos.
Palavras-chave:
LPWAN, Monitoramento remoto, Comunicação de Longo Alcance
Referências
B. P. Santos et al., “Internet das coisas: da teoria à prática,” 7ª ed., Belo Horizonte: UFMG, 2017. Capítulo: Internet das Coisas: da teoria à prática, pp. 1-
A. W. Services, “O que é IoT (Internet das Coisas)?,” 2023. Acesso em: 30 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
S. Sinha, “State of IoT 2023: Number of connected IoT devices growing.”
L. Foye, “With the internet of things set to near 30 billion devices by 2025, tech giants are facing pressure to address the growing environmental impact their products pose,” 2022. Acesso em: 30 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
J. Zheng, W. Gao, and L. Lin, “Smart meters in smart grid: An overview,” IEEE Green Technologies Conference, 2013, pp. 57–64.
J. Loureiro et al., “Redes de sensores sem fio,” Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores, vol. 21, 2003.
R. A. da Silva Alcantara, “Estudo de dispositivos LoRa e proposta de alterações visando redução de consumo em modo deep sleep,” Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual do Oeste do Paraná, 2022.
M. Azure, “Tecnologias e protocolos de IoT,” 2024. Acesso em: 04 fev. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
Altus, “Conhecendo os protocolos Modbus TCP, Ethernet/IP e Profinet,” 2024. Acesso em: 04 fev. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
B. S. Chaudhari, M. Zennaro, and S. Borkar, “LPWAN technologies: Emerging application characteristics, requirements, and design considerations,” Future Internet, vol. 12, no. 3, 2020. [Online]. Disponível em: [link]
M. Saari et al., “LoRa - A survey of recent research trends,” in Proceedings of the 2018 41st International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics (MIPRO), IEEE, 2018, pp. 872–877.
Solfácil, “O que é um smart meter e como pode auxiliar na sua geração de energia solar?,” 2024. Acesso em: 31 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
Y. Kabalci, “A survey on smart metering and smart grid communication,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 57, pp. 302–318, 2016. [Online]. Disponível em: [link]
E. Schneider, “Guia rápido: como falar sobre “prosumidores” energéticos,” 2023. Acesso em: 11 set. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
J. R. F. Rampazzo, “Plataforma para monitoramento do consumo e produção de energia elétrica em prosumidores,” 2023.
Compere, “KPM37 Wireless 4G WiFi LoRa DIN Rail Three Phase Energy Meter,” 2024. Acesso em: 29 abr. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
Semtech, “What is LoRa?,” 2023. Acesso em: 22 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
Semtech, “What are LoRa® and LoRaWAN®?,” 2024. Acesso em: 22 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
W. C. Faino, “Avaliação prática de comunicação e levantamento dos métodos de segurança de LoRaWAN para coleta de dados de sensores sem fio,” Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual do Oeste do Paraná, 2022.
T. T. Network, “What are LoRa and LoRaWAN?,” 2024. Acesso em: 22 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
T. T. Network, “LoRaWAN Architecture,” 2024. Acesso em: 22 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
T. T. Network, “End Device Activation,” 2023. Acesso em: 27 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
L. Alliance, LoRaWAN® L2 1.0.4 Specification, 2020.
T. T. Industries, “The Things Stack for LoRaWAN,” 2023. Acesso em: 29 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
T.T Industries, “Networking,” 2023. Acesso em: 29 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
P. R. Egli, “MQTT – MQ Telemetry Transport,” 2016. Acesso em: 25 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
O. Standard, MQTT Version 5.0, 2019.
E. Mosquitto, “Mosquitto MQTT,” 2024. Acesso em: 31 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
M. Leśniewski, “PicoMQTT,” 2024. Acesso em: 27 set. 2023. [Online]. Disponível em: [link]
J.-L. Aufranc, “PicoMQTT – an MQTT client/broker library for ESP8266 and ESP32,” 2023. Acesso em: 29 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
T. T. Board, “The Things Board,” 2024. Acesso em: 29 abr. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
S. Santos, “ESP32 with built-in SX1276 LoRa and SSD1306 OLED display (review),” 2021. Acesso em: 29 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
G. Schorcht, Heltec WiFi LoRa 32 V2 Boards, 2024.
A. F. Pastório et al., “Fundamentos de LoRaWAN – Teoria e Prática,” Escola Regional Redes de Computadores, 2021.
Dragino, “LG01-N – Single Channel LoRa IoT Gateway,” Acesso em: 17 set. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
Flávio Garlet Reck et al., “Desenvolvimento do sistema de smart metering do grupo B utiliza comunicação pelo protocolo LoRaWAN,” 2020.
Joannes I. Laveyne et al., “Application of LoRaWAN for Smart Metering: An Experimental Verification,” 2018.
A. W. Services, “O que é IoT (Internet das Coisas)?,” 2023. Acesso em: 30 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
S. Sinha, “State of IoT 2023: Number of connected IoT devices growing.”
L. Foye, “With the internet of things set to near 30 billion devices by 2025, tech giants are facing pressure to address the growing environmental impact their products pose,” 2022. Acesso em: 30 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
J. Zheng, W. Gao, and L. Lin, “Smart meters in smart grid: An overview,” IEEE Green Technologies Conference, 2013, pp. 57–64.
J. Loureiro et al., “Redes de sensores sem fio,” Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores, vol. 21, 2003.
R. A. da Silva Alcantara, “Estudo de dispositivos LoRa e proposta de alterações visando redução de consumo em modo deep sleep,” Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual do Oeste do Paraná, 2022.
M. Azure, “Tecnologias e protocolos de IoT,” 2024. Acesso em: 04 fev. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
Altus, “Conhecendo os protocolos Modbus TCP, Ethernet/IP e Profinet,” 2024. Acesso em: 04 fev. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
B. S. Chaudhari, M. Zennaro, and S. Borkar, “LPWAN technologies: Emerging application characteristics, requirements, and design considerations,” Future Internet, vol. 12, no. 3, 2020. [Online]. Disponível em: [link]
M. Saari et al., “LoRa - A survey of recent research trends,” in Proceedings of the 2018 41st International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics (MIPRO), IEEE, 2018, pp. 872–877.
Solfácil, “O que é um smart meter e como pode auxiliar na sua geração de energia solar?,” 2024. Acesso em: 31 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
Y. Kabalci, “A survey on smart metering and smart grid communication,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 57, pp. 302–318, 2016. [Online]. Disponível em: [link]
E. Schneider, “Guia rápido: como falar sobre “prosumidores” energéticos,” 2023. Acesso em: 11 set. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
J. R. F. Rampazzo, “Plataforma para monitoramento do consumo e produção de energia elétrica em prosumidores,” 2023.
Compere, “KPM37 Wireless 4G WiFi LoRa DIN Rail Three Phase Energy Meter,” 2024. Acesso em: 29 abr. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
Semtech, “What is LoRa?,” 2023. Acesso em: 22 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
Semtech, “What are LoRa® and LoRaWAN®?,” 2024. Acesso em: 22 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
W. C. Faino, “Avaliação prática de comunicação e levantamento dos métodos de segurança de LoRaWAN para coleta de dados de sensores sem fio,” Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual do Oeste do Paraná, 2022.
T. T. Network, “What are LoRa and LoRaWAN?,” 2024. Acesso em: 22 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
T. T. Network, “LoRaWAN Architecture,” 2024. Acesso em: 22 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
T. T. Network, “End Device Activation,” 2023. Acesso em: 27 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
L. Alliance, LoRaWAN® L2 1.0.4 Specification, 2020.
T. T. Industries, “The Things Stack for LoRaWAN,” 2023. Acesso em: 29 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
T.T Industries, “Networking,” 2023. Acesso em: 29 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
P. R. Egli, “MQTT – MQ Telemetry Transport,” 2016. Acesso em: 25 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
O. Standard, MQTT Version 5.0, 2019.
E. Mosquitto, “Mosquitto MQTT,” 2024. Acesso em: 31 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
M. Leśniewski, “PicoMQTT,” 2024. Acesso em: 27 set. 2023. [Online]. Disponível em: [link]
J.-L. Aufranc, “PicoMQTT – an MQTT client/broker library for ESP8266 and ESP32,” 2023. Acesso em: 29 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
T. T. Board, “The Things Board,” 2024. Acesso em: 29 abr. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
S. Santos, “ESP32 with built-in SX1276 LoRa and SSD1306 OLED display (review),” 2021. Acesso em: 29 jan. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
G. Schorcht, Heltec WiFi LoRa 32 V2 Boards, 2024.
A. F. Pastório et al., “Fundamentos de LoRaWAN – Teoria e Prática,” Escola Regional Redes de Computadores, 2021.
Dragino, “LG01-N – Single Channel LoRa IoT Gateway,” Acesso em: 17 set. 2024. [Online]. Disponível em: [link]
Flávio Garlet Reck et al., “Desenvolvimento do sistema de smart metering do grupo B utiliza comunicação pelo protocolo LoRaWAN,” 2020.
Joannes I. Laveyne et al., “Application of LoRaWAN for Smart Metering: An Experimental Verification,” 2018.
Publicado
27/11/2024
Como Citar
FREITAS, Vinicius Muller de; RODRIGUES, Luiz Antonio; OYAMADA, Marcio Seiji.
Gateway WIFI-LoRaWAN para Integração de Medidores Inteligentes de Energia. In: CONGRESSO LATINO-AMERICANO DE SOFTWARE LIVRE E TECNOLOGIAS ABERTAS (LATINOWARE), 21. , 2024, Foz do Iguaçu/PR.
Anais [...].
Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Computação,
2024
.
p. 172-180.
DOI: https://doi.org/10.5753/latinoware.2024.245659.
