BIA - IFPI Campus Teresina Central Tecnologia Analise e Desenvolvimento de Sistemas - Teresina Central
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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Arquitetura de gateway LoRa integrada ao ROS 2 utilizando FreeRTOS
Título(s) alternativo(s): LoRa gateway architecture integrated with ROS 2 using FreeRTOS
Autor: Carvalho Junior, Iglésio Oliveira de
Orientador(a): Araújo, Francisco Marcelino Almeida de
metadata.dc.contributor.referee1: Araújo, Francisco Marcelino Almeida de
metadata.dc.contributor.referee2: Oliveira Junior, Wilson de
metadata.dc.contributor.referee3: Santana, Fernando Castelo Branco Gonçalves
Resumo: A expansão da robótica móvel para áreas remotas exige comunicação de longo alcance. O middleware ROS 2 (via DDS) gera tráfego multicast excessivo, saturando redes de baixa banda como o LoRa. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a validação experimental de uma arquitetura de gateway que integra ROS 2 e LoRa via firmware FreeRTOS determinístico, denominada ROS2_LR_Protocol, executada no módulo Heltec WiFi LoRa 32 (V2) e validada com um iRobot Roomba em ambiente externo. O firmware gerencia três tarefas concorrentes (rádio, micro-ROS e monitoramento), protegidas por Mutex SPI, com pacotes compactos de 21 bytes (CRC-16) e estratégia drop-old contra buffer bloat. Em campo, a latência média foi de 118 ms a 100 m (SF7) e 2705 ms a 500 m (SF12), evidenciando o trade-off da modulação CSS. O sistema manteve estabilidade até 500 m em ambiente NLOS, superando significativamente o alcance do Wi-Fi. A arquitetura valida uma solução baseada em hardware comercial (COTS) de baixo custo e alta replicabilidade para robótica em áreas sem cobertura de rede.
Abstract: The expansion of mobile robotics to remote areas requires long-range communication. The ROS 2 middleware (via DDS) generates excessive multicast traffic, saturating low-bandwidth networks like LoRa. This work presents the development and experimental validation of a gateway architecture integrating ROS 2 and LoRa via a deterministic FreeRTOS firmware, named ROS2_LR_Protocol, implemented on the Heltec WiFi LoRa 32 (V2) hardware and validated with an iRobot Roomba in an outdoor environment. The firmware manages three concurrent tasks (radio, micro-ROS, and monitoring), protected by an SPI Mutex, using compact 21-byte packets (CRC-16) and a drop-old strategy to prevent buffer bloat. In the field, average latency was 118 ms at 100 m (SF7) and 2705 ms at 500 m (SF12), reflecting the intrinsic trade-off of CSS modulation. The system remained stable up to 500 m in NLOS environments, significantly outperforming Wi-Fi range. The architecture validates a viable, low-cost, and highly replicable Commercial Off-The-Shelf (COTS) solution for connected robotics in areas lacking network coverage.
Palavras-chave: Robótica móvel
Robot Operating System 2 (ROS 2)
LoRa - Tecnologia de rádio
Real-Time Operating System (RTOS)
Internet das Coisas
Cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAO::ARQUITETURA DE SISTEMAS DE COMPUTACAO
metadata.dc.language: por
País: Brasil
Editor: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí
Sigla: IFPI
Unidade: Campus Teresina Central
Citação: CARVALHO JUNIOR, Iglésio Oliveira de. Arquitetura de gateway LoRa integrada ao ROS 2 utilizando FreeRTOS. Orientador: Francisco Marcelino Almeida Araújo. 2026. 13 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Tecnologia em Análise e Desenvolvimento de Sistemas) - Instituto Federal do Piauí, Campus Teresina Central, Teresina, 2026
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://bia.ifpi.edu.br/jspui/handle/123456789/5789
Data do documento: 2026
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