Análise de escalabilidade em redes LoRaWAN: um estudo comparativo de estratégias de alocação de spreading factors no NS-3

dc.contributor.advisor1 Araújo, Francisco Marcelino Almeida de
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/4308842626023929pt_BR
dc.contributor.referee1 Santana, Fernando Castelo Branco Gonçalves
dc.contributor.referee1Lattes http://lattes.cnpq.br/7801051159658130pt_BR
dc.contributor.referee2 Oliveira Junior, Wilson de
dc.contributor.referee2Lattes http://lattes.cnpq.br/6266453388228140pt_BR
dc.creator Alves, Nícolas Rafael Silva
dc.creator.Lattes https://lattes.cnpq.br/1122718953807536pt_BR
dc.date.accessioned 2026-07-31T16:42:46Z
dc.date.available 2026-07-31T16:42:46Z
dc.date.issued 2026
dc.description.abstract Introduction: The Internet of Things (IoT) drives the massive adoption of LPWAN technologies such as LoRaWAN, highlighted by its robustness and energy efficiency. In high-density scenarios, scalability is a critical challenge: the ALOHA protocol adopted by LoRaWAN increases packet collision probability as device density grows. This challenge is compounded by global regulatory diversity — this work investigates two distinct plans: EU868 (Europe), which imposes a 1% Duty Cycle on gateway transmissions, and AU915 (Brazil), which operates with 64 channels and no such constraint, creating intrinsically different scalability environments. Objective: To compare the performance of two Spreading Factor (SF) allocation strategies — distance-based Static Allocation and the dynamic Adaptive Data Rate (ADR) mechanism — in massive network scenarios under EU868 and AU915. Methodology: A computational simulation study was conducted using NS-3, evaluating five density levels (100 to 5000 nodes) in both regions, with 33 repetitions per configuration for statistical validation. Results and Discussion: In the EU region, ADR suffered severe saturation with 5000 nodes (PDR ≈1.54%), caused by the depletion of the gateway downlink budget — the so-called Bootstrapping Problem. In the BR region (AU915), the same scenario yielded a PDR of 60.41% with ADR and 86.02% with Static Allocation. However, the physical cross-check revealed that real gateway limitations reduce this theoretical ceiling from 86% to 41%. Conclusion: Regionalized planning and awareness of hardware limitations are crucial for the viability of massive LoRaWAN networks.pt_BR
dc.description.resumo Introdução: A Internet das Coisas (IoT) impulsiona a adoção massiva de redes LPWAN, como o LoRaWAN, destacado pela alta tolerância a falhas e eficiência energética. Em cenários de alta densidade, a escalabilidade é um desafio determinante: o protocolo ALOHA, adotado pelo LoRaWAN, eleva a probabilidade de colisões à medida que a densidade de dispositivos cresce. Esse desafio é agravado pela diversidade regulatória global — este trabalho investiga dois planos distintos: EU868 (Europa), que impõe Duty Cycle de 1% ao gateway, e AU915 (Brasil), que opera com 64 canais sem esse limite, criando cenários de escalabilidade intrinsecamente diferentes. Objetivo: Comparar o desempenho de duas estratégias de alocação de Spreading Factors (SF) — Alocação Estática baseada em distância e o mecanismo dinâmico Adaptive Data Rate (ADR) — em redes massivas sob EU868 e AU915. Metodologia: Simulação computacio- nal no NS-3, avaliando cinco níveis de densidade (100 a 5000 nós) em ambas as regiões, com 33 repetições por configuração para validação estatística. Resultados e Discussão: Na região EU, o ADR sofreu saturação elevada com 5000 nós (PDR ≈1,54%), causada pelo esgotamento do orçamento de downlink do gateway — o denominado Bootstrapping Problem. Na região BR (AU915), o mesmo cenário produziu PDR de 60,41% com ADR e 86,02% com Alocação Estática. O cross-check físico revelou, contudo, que limitações reais do gateway reduzem esse teto teórico de 86% para 41%. Conclusão: O planejamento regionalizado e a consciência das limitações de hardware são determinantes para a viabilidade de redes LoRaWAN massivas.pt_BR
dc.identifier.citation ALVES, Nícolas Rafael Silva. Análise de escalabilidade em redes LoRaWAN: um estudo comparativo de estratégias de alocação de spreading factors no NS-3. 2026. 9 f.Trabalho de Conclusão de Curso (Tecnologia em Análise e Desenvolvimento de Sistemas), Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí, Teresina, 2026.pt_BR
dc.identifier.uri https://bia.ifpi.edu.br/jspui/handle/123456789/5738
dc.language porpt_BR
dc.publisher Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauípt_BR
dc.publisher.country Brasilpt_BR
dc.publisher.department Campus Teresina Centralpt_BR
dc.publisher.initials IFPIpt_BR
dc.rights Acesso Abertopt_BR
dc.subject LoRaWANpt_BR
dc.subject Escalabilidadept_BR
dc.subject Spreading Factorpt_BR
dc.subject Adaptive Date Ratept_BR
dc.subject Massive IoTpt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAO::TELEINFORMATICApt_BR
dc.title Análise de escalabilidade em redes LoRaWAN: um estudo comparativo de estratégias de alocação de spreading factors no NS-3pt_BR
dc.type Trabalho de Conclusão de Cursopt_BR

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