Bruno Filipe Costa Horta realizou uma dissertação sobre a viabilidade de implementar o protocolo IP em uma rede sem fio usando o rádio NRF24L01. O estudo avaliou o desempenho, consumo de energia e viabilidade da abordagem e concluiu que a implementação do IP não teve impacto significativo no desempenho do rádio, mas aumentou os requisitos de memória de outros protocolos como MQTT. A rede em malha multi-ponto mostrou ser uma abordagem viável.

1. Análise da Viabilidade de
Rede IP com NRF24L01
Mestrado em Engenharia Informática – Computação Móvel
Bruno Filipe Costa Horta
Dissertação realizada sob a orientação do Doutor Nuno Costa, Professor da Escola Superior de
Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria.

2. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
AGENDA
▸ Enquadramento
▸ Motivação
▸ Objetivos
▸ Arquitectura
▸ Resultado de Testes
▸ Contribuições
▸ Conclusão e Trabalho Futuro

3. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
COMUNICAÇÃO SEM FIO
GUGLIELMO MARCONI
ENQUADRAMENTO

4. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
WI-FI ZIGBEE
BLUETOOTH
2.4 - 2.5 GHZ ISM

5. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
NRF24L01+
2.4 - 2.5 GHZ ISM
‣ 250kbps, 1Mbps e 2Mbps
‣ Baixo consumo
‣ Tecnologia ShockBurst
‣ Custo de produção baixo

6. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
INTERNET DAS COISAS
‣ Muitos dispositivos
‣ Muitos Metadados gerados
‣ Muita informação persistida
‣ Novos negócios
‣ Orçamentos reduzidos
‣ Energia limitada
‣ Inovação
‣ Rápida Prototipagem
‣ Desenvolvimento Ágil
‣ Comunicação Ubíqua
‣ Interoperabilidade

7. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
PROTOCOLO UNIVERSAL
NÃO EXISTE!!

8. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
PROTOCOLO DA INTERNET (IP)
MQTT COAP HTTP

9. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
MOTIVAÇÃO
▸ Grande procura de dispositvos sem fio na área do IoT
▸ Dispositivos de baixo consumo
▸ Ubiquidade do protocolo IP até aos Nós Folha
IP
IP
IP

10. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
OBJETIVOS
▸ Avaliar viabilidade na adoção do protocolo IP
▸ Facilitar a integração de dispositivos NRF numa rede IP
▸ Dar uma nova vida e aplicabilidade a um rádio já
descontinuado.

11. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
HARDWARE E SOFTWARE DE TESTES

12. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
ARQUITECTURA
RF24NETWORK
MESTRE(00)
NÓ(05)
NÓ(25)
NÓ(15)
NÓ(125)
NÓ(1125)
NÓ(2125)
‣ O conjunto de bibliotecas RF24NETWORK, permitem
implementar uma rede em Malha.
‣ Sempre que um Nó perde conectividade tenta
automaticamente ligar-se a outro.
‣ Os endereços dentro da rede RF são organizados
por níveis.
‣ Nível 1 (n) n=01-05
Nível 1
Nível 2
Nível 3
Nível 4

13. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
ARQUITECTURA
GATEWAY NÓ

14. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
PROTOTIPAGEM - PROBLEMAS ELÉTRICOS
USB BATERIA

15. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
FIRMWARE

16. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
PERFORMANCE

17. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
IMPACTO ENERGÉTICO
PA_MIN -18dBm, PA_LOW -12dBm, PA_HIGH -6dBm, PA_MAX 0dBm

18. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
COBERTURA Alimentação com Bateria
Temperatura Ambiente: 22ºC
Humidade: 76%
Distância do Solo: 1.5m aprox.

19. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
VIABILIDADE

20. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
VIABILIDADE

21. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
VIABILIDADE

22. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
TÉCNICAS DE REDUÇÃO DE CONSUMO ENERGÉTICO
Watchdog para adormecer com base nos testes de performance

23. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
COMUNICAÇÃO PONTO A PONTO (FORÇADO)

24. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
COMUNICAÇÃO PONTO A PONTO (FORÇADO)

25. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
COMUNICAÇÃO EM MALHA MULTI-PONTO
1 Gateway NRF24
3 Dispositivos Nó NRF24
41 Dispositivos Wi-Fi
14 Dispositivos ZigBee

26. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
COMUNICAÇÃO EM MALHA MULTI-PONTO

27. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
CONTRIBUIÇÕES
▸ Estudo do Estado da Arte
▸ Estudo de Plataformas de desenvolvimento rápido
▸ Resultado de Testes
▸ Código Fonte
▸ Configuração detalhada do sistema

28. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
CONCLUSÃO
▸ Durante a investigação foi gerada documentação que
permite a entidades de produção tomarem decisões na
escolha de tecnologia e protocolo.
▸ A implementação IP em NRF24L01 não teve qualquer
impacto significativo na performance do Rádio.
▸ No caso de uma implementação com IP em adição de
outros protocolos como por exemplo, o MQTT, existe um
aumento significativo (500%) nos requisitos de memória
Flash.

29. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
CONCLUSÃO
▸ A utilização de IP traz vantagens na velocidade de
desenvolvimento e correcção de erros, devido à existência de
bibliotecas de alto nível em formato Open Source.
▸ Com as bibliotecas disponibilizadas pelo autor TMRh20 é
possível consumir recursos como HTTP, MQTT e ainda realizar
pings para monitorizar a rede, com a mesma abstração que
temos numa rede LAN/WAN IP.
▸ A potencialidade da Rede em Malha com IP consegue colocar o
NRF24 em novos segmentos como por exemplo na Agricultura.

30. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
TRABALHOS FUTUROS
▸ Aumentar o número de Nós
▸ Explorar mais a comunicação em Malha no exterior.
▸ Remover o Arduino e usar apenas o nRF24LE1 que já
possui microcontrolador.

31. ANÁLISE DA VIABILIDADE DE REDE IP COM NRF24L01
AGRADECIMENTOS
TMRH20

32. Questões
Análise da Viabilidade de Rede IP com NRF24L01
Bruno Filipe Costa Horta
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Dissertação realizada sob a orientação do Doutor Nuno Costa, Professor da Escola Superior de
Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria.