Redes de sensores sem fio para agricultura: análise de rede thread baseada em ieee 802.15.4: análise de rede Thread baseada em IEEE 802.15.4

Abstract

Este trabalho tem como objetivo investigar o desempenho e a confiabilidade da rede Thread, baseada no padrão IEEE 802.15.4, em cenários de comunicação sem fio voltados à agricultura de precisão. A pesquisa propõe a análise de uma Rede de Sensores Sem Fio (RSSF) Thread como alternativa viável para o monitoramento de variáveis ambientais em locais com restrição de conectividade, visando maior eficiência energética, escalabilidade e segurança na transmissão dos dados. A metodologia adotada combina abordagem experimental e análise quantitativa, com captura e validação de pacotes realizada por meio do software Wireshark. Foram conduzidos testes de payload sob condições de baixa e alta carga, variando-se distância e intensidade de sinal entre os dispositivos, para mensuração de métricas como RSSI, LQI, RTT e perda de pacotes. Os resultados obtidos demonstraram que a rede mantém estabilidade e baixa taxa de erro até cerca de 100 metros, apresentando valores médios de RSSI entre -60 dBm e -80 dBm e LQI superior a 50. A partir dessa distância, observou-se degradação progressiva da qualidade do enlace e aumento da perda de pacotes, especialmente sob cargas mais elevadas, evidenciando os limites operacionais da tecnologia em cenários de longa distância e alto tráfego. O estudo também implementou sensores DHT11 integrados à rede Thread, comprovando a viabilidade de coleta e transmissão de dados de temperatura e umidade para um servidor web, validando a integridade e estabilidade da comunicação. As análises confirmaram a robustez e aplicabilidade do protocolo em sistemas distribuídos de monitoramento e automação. Conclui-se que o Thread é uma solução promissora para redes mesh de baixo custo e consumo reduzido, adequadas a aplicações de Internet das Coisas (IoT) em ambientes agrícolas, residenciais e industriais de pequena escala, contribuindo para a evolução das tecnologias de comunicação em sistemas inteligentes.

Abstract: This study aims to investigate the performance and reliability of the Thread network, based on the IEEE 802.15.4 standard, in wireless communication scenarios focused on precision agriculture. The research proposes the analysis of a Thread Wireless Sensor Network (WSN) as a viable alternative for monitoring environmental variables in locations with limited connectivity, seeking greater energy efficiency, scalability, and data transmission security. The adopted methodology combines an experimental and quantitative approach, with packet capture and validation performed through the Wireshark software. Payload tests were conducted under low and high traffic conditions, varying the distance and signal strength between devices to measure metrics such as RSSI, LQI, RTT, and packet loss. The results showed that the network maintained stability and a low error rate up to approximately 100 meters, with average RSSI values between -60 dBm and -80 dBm and LQI above 50. Beyond this distance, a progressive degradation in link quality and an increase in packet loss were observed, especially under higher traffic loads, highlighting the operational limits of the technology in long-distance and high-demand scenarios. The study also implemented DHT11 sensors integrated into the Thread network, confirming the feasibility of data collection and transmission of temperature and humidity to a web server, validating the integrity and stability of the communication. The analyses confirmed the robustness and applicability of the protocol in distributed monitoring and automation systems. It is concluded that Thread is a promising solution for low-cost, low-power mesh networks suitable for Internet of Things (IoT) applications in agricultural, residential, and small-scale industrial environments, contributing to the advancement of communication technologies in intelligent systems.