Implementação e caracterização de uma rede Wi-Fi Mesh para sistemas eletrônicos embarcados.

Abstract

A crescente adoção de aplicações de Internet das Coisas (IoT) e da Internet Industrial das Coisas (IIoT) tem ampliado a demanda por redes sem fio resilientes, escaláveis e de fácil implantação, especialmente em ambientes onde a infraestrutura cabeada é limitada ou inviável. Nesse contexto, redes Wi-Fi mesh para Sistemas Eletrônicos Embarcados surgem como alternativa para ampliar cobertura e tolerância a falhas. Diante disso, este trabalho teve como objetivo implementar e caracterizar experimentalmente uma rede Wi-Fi mesh utilizando o ESP32-C6, que possui suporte nativo à comunicação Wi-Fi, em conjunto com a biblioteca ESP-WIFI-MESH, avaliando métricas de desempenho, qualidade do enlace e utilização de recursos computacionais em diferentes topologias e condições operacionais. A metodologia consistiu na implementação de uma arquitetura composta por nós ESP32-C6 organizados em topologia mesh, com comunicação baseada em MQTT e monitoramento em tempo real por meio do software Node-RED. Foram conduzidos experimentos em ambiente interno envolvendo análise de latência em distâncias fixa e variável, avaliação da Intensidade do Sinal Recebido (RSSI) e Relação Sinal-Ruído (SNR), estudo da escalabilidade com múltiplos nós, medição de taxa transferência, taxa de entrega e perda de pacotes, monitoramento de uso de CPU, memória heap e temperatura interna, bem como testes de resiliência com falha do nó gateway. Os resultados indicaram latências médias da ordem de 20 ms a 40 ms em topologias com um único salto, valores compatíveis com a documentação do fabricante. Em cenários com sete nós filhos, observou-se um aumento progressivo da latência fim-a-fim em função do número de saltos, com valores médios situando-se, em geral, entre 50 ms e 105,8 ms para rotas de um salto, entre aproximadamente 97,5 ms e 150,6 ms para dois saltos, e podendo ultrapassar 200 ms em trajetos com três saltos. Verificou-se ainda a capacidade de autorrecuperação da rede, com tempo médio de reconfiguração de aproximadamente 31 s após falha do nó gateway. O uso de recursos computacionais manteve-se dentro de limites operacionais seguros, embora com maior carga concentrada no nó gateway. Conclui-se que a utilização do ESP32-C6 com à biblioteca ESP-WIFI-MESH é viável para implementação de redes Wi-Fi mesh estáveis e resilientes em aplicações IoT e IIoT. Os resultados contribuem para a compreensão prática das limitações e potencialidades dessa tecnologia.