WasionLink: Arquitectura Modular de Comunicación Embebida para Medidores Inteligentes con Compresión Adaptativa, Conectividad NTN y Conmutación Inteligente

Autores/as

  • Gleison Guardia Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Rondônia - IFRO
  • Kelly Vinente dos Santos Evolução Instituto de Ciência e Tecnologia
  • Alberto Alexandre Moura de Albuquerque Evolução Instituto de Ciência e Tecnologia
  • Jamilly Cristina de Sousa Evolução Instituto de Ciência e Tecnologia
  • Brunna Conceicao de Paulo Evolução Instituto de Ciência e Tecnologia
  • Antônio Ébano Rafael Machado de Oliveira Evolução Instituto de Ciência e Tecnologia
  • Flávia Vitória Neves de Matos Evolução Instituto de Ciência e Tecnologia
  • Rogério Guerra Diógenes Filho Evolução Instituto de Ciência e Tecnologia
  • Mateus Souza e Silva Evolução Instituto de Ciência e Tecnologia

DOI:

https://doi.org/10.66104/demgdf29

Palabras clave:

medidor inteligente, NTN, FUOTA, multi-RAT, compresíon embebida

Resumen

Los medidores inteligentes desplegados en las regiones remotas de la Amazonia Legal brasileña enfrentan una brecha crítica de conectividad: las redes terrestres NB-IoT y LTE cubren menos del 30% del territorio, mientras que los costos de comunicación por satélite convencional son prohibitivos a la escala de programas como Mais Luz para a Amazônia(MLA). Este artículo presenta WasionLink, una arquitectura modular de comunicación embebida para medidores inteligentes WASION e inversores fotovoltaicos, diseñada para abordar esta brecha mediante cuatro innovaciones integradas. En primer lugar, un pipeline de compresión de dos etapas — preprocesamiento de cabecera seguido de serialización Protocol Buffers (nanopb) y compresión LZ4 — apuntando a una reducción mínima del 70% en el volumen de datos transmitidos. En segundo lugar, una cartera de hardware modular con tres variantes: el aMeter NTN, la NIC USB y la NIC LTE-450 MHz. En tercer lugar, un motor de conmutación inteligente que selecciona autónomamente la tecnología de acceso de radio óptima entre NTN, NB-IoT terrestre y LTE-450 MHz. En cuarto lugar, un mecanismo FUOTA con dimensionamiento dinámico de ventana y retransmisión selectiva, adaptado para latencias LEO de hasta 600 ms. Un ensayo piloto de campo realizado en diciembre de 2025, con 10 medidores WASION en una red NB-IoT real, validó parcialmente la arquitectura: la versión de firmware con compresión activa (v4.1.6-6) redujo el volumen mediano de datos transmitidos en un 20,8% y el tamaño mediano por sesión en aproximadamente un 47% en comparación con la versión sin compresión (v4.1.6-3). El resultado práctico es la reducción de 3,3× en los costos de transmisión NTN por medidor para el Programa MLA.

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Referencias

1. 3GPP. Solutions for NR to Support Non-Terrestrial Networks (NTN): Release 17. [S.l.]: 3rd Generation Partnership Project, 2022. (TR 38.821 v17.0.0). Disponível em: https://www.3gpp.org. Acesso em: 23 abr. 2026.

2. 450 MHz ALLIANCE. The 450 MHz Band for the Smart Grid and Smart Metering: White Paper. [S.l.]: 450 MHz Alliance Technical Report, 2022. Disponível em: https://450alliance.org. Acesso em: 23 abr. 2026.

3. GUARDIA, G.; DIOGENES, R. G.; FRANÇA, I. G.; SANTANA, L. N. dos S.; DE SOUSA, J. C.; DE PAULO, B. C.; DE OLIVEIRA, A. Ébano R. M.; DE ALBUQUERQUE, A. A. M. Smart meter data compression: a solution for reducing and optimising energy meter resources in NbIoT networks. Seven Editora, p. 301–325, 2025. Disponível em: https://sevenpubl.com.br/editora/article/view/6860. DOI: https://doi.org/10.56238/sevened2025.011-017

4. JUNIOR, José Augusto de Oliveira et al. Data compression in LoRa networks: a compromise between performance and energy consumption. Journal of Internet Services and Applications, v. 14, n. 1, p. 1–15, 2023. DOI: 10.5753/jisa.2023.3000. DOI: https://doi.org/10.5753/jisa.2023.3000

5. KETSHABETSWE, Lesedi K. et al. Data compression algorithms for wireless sensor networks: a review and comparison. IEEE Access, v. 9, p. 136872–136882, 2021. DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3116311. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3116311

6. KIM, Jong-Wook; KIM, Jihoon; LEE, Jaehee. An adaptive network design for advanced metering infrastructure in a smart grid. Sensors, v. 22, n. 22, p. 8625, 2022. DOI: 10.3390/s22228625. DOI: https://doi.org/10.3390/s22228625

7. KIM, Min-Gu; JO, Han-Shin. Performance analysis of NB-IoT uplink in low earth orbit non-terrestrial networks. Sensors, v. 22, n. 18, p. 7097, 2022. DOI: 10.3390/s22187097. DOI: https://doi.org/10.3390/s22187097

8. LEDESMA, Oscar; LAMO, Paula; FRAIRE, Juan A. Trends in LPWAN technologies for LEO satellite constellations in the NewSpace context. Electronics, v. 13, n. 3, p. 579, 2024. DOI: 10.3390/electronics13030579. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics13030579

9. LOPES, Gustavo et al. Relatório de Consumo de Dados do aMeter Sandbox — Envio Comprimido: ensaio piloto NB-IoT com medidores WASION, versões de firmware v4.1.6-3 e v4.1.6-6. Porto Velho: Núcleo de Pesquisa em Energia e Novas Tecnologias (NEPEN/ICI), 2025. Relatório Técnico Interno.

10. LEE, Jihoon; YOON, Seungwook; HWANG, Euiseok. Frequency selective auto-encoder for smart meter data compression. Sensors, v. 21, n. 4, p. 1521, 2021. DOI: 10.3390/s21041521. DOI: https://doi.org/10.3390/s21041521

11. LYSOGOR, Ivan et al. Study of data transfer in a heterogeneous LoRa-satellite network for the Internet of Remote Things. Sensors, v. 19, n. 15, p. 3384, 2019. DOI: 10.3390/s19153384. DOI: https://doi.org/10.3390/s19153384

12. MAHFOUDHI, Fedi; SULTANIA, Ashish Kumar; FAMAEY, Jeroen. Over-the-air firmware updates for constrained NB-IoT devices. Sensors, v. 22, n. 19, p. 7572, 2022. DOI: 10.3390/s22197572. DOI: https://doi.org/10.3390/s22197572

13. MALANDRINO, Francesco et al. Tuning DNN model compression to resource and data availability in cooperative training. IEEE/ACM Transactions on Networking, v. 32, n. 2, p. 1600–1615, 2024. DOI: 10.1109/TNET.2023.3323023. DOI: https://doi.org/10.1109/TNET.2023.3323023

14. MALUMBRES, Victor et al. Firmware updates over the air via LoRa: unicast and broadcast combination for boosting update speed. Sensors, v. 24, n. 7, p. 2104, 2024. DOI: 10.3390/s24072104. DOI: https://doi.org/10.3390/s24072104

15. MEFFE, A. et al. Solução de baixo custo para leitura e gerenciamento remoto de unidades consumidoras dispersas com tecnologia LoRaWAN. In: SEMINÁRIO NACIONAL DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA (SENDI), 2023, [S.l.]. Anais... [S.l.]: ABRADEE, 2023.

16. MYOUNG, Nogil et al. Data interworking model and analysis for harmonization of smart metering protocols in IoT-based AMI system. Sensors, v. 23, n. 6, p. 2903, 2023. DOI: 10.3390/s23062903. DOI: https://doi.org/10.3390/s23062903

17. NEVES, Bernardino Pinto; VALENTE, António; SANTOS, Victor D. N. Efficient runtime firmware update mechanism for LoRaWAN Class A devices. IoT, v. 5, n. 4, p. 137, 2024. DOI: 10.3390/iot5040137. DOI: https://doi.org/10.3390/eng5040137

18. PIATKOWSKI, Damian; PUSLECKI, Tomasz; WALKOWIAK, Krzysztof. Study of the impact of data compression on the energy consumption required for data transmission in a microcontroller-based system. Sensors, v. 24, n. 1, p. 224, 2024. DOI: 10.3390/s24010224. DOI: https://doi.org/10.3390/s24010224

19. PLASTRAS, Stavros et al. Non-terrestrial networks for energy-efficient connectivity of remote IoT devices in the 6G era: a survey. Sensors, v. 24, n. 4, p. 1227, 2024. DOI: 10.3390/s24041227. DOI: https://doi.org/10.3390/s24041227

20. QIN, Jing; LU, Yi; ZHONG, Yufen. Block-split array coding algorithm for long-stream data compression. Journal of Sensors, v. 2020, p. 1–22, 2020. DOI: 10.1155/2020/5726527. DOI: https://doi.org/10.1155/2020/5726527

21. SANTOS, W. G. V. dos et al. Medidores inteligentes com tecnologia NB-IoT: análise em ambientes urbanos e regiões rurais com o uso de blindagem. In: SEMINÁRIO NACIONAL DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA (SENDI), 2023, [S.l.]. Anais... [S.l.]: ABRADEE, 2023.

22. SIERRA WIRELESS. HL7845 module delivers 450 MHz LTE-M connectivity for smart metering and smart grid. [S.l.]: Sierra Wireless, 2021. Disponível em: https://www.sierrawireless.com. Acesso em: 23 abr. 2026.

23. WIECEK, Dariusz et al. Multi-RAT orchestration method for heterogeneous wireless networks. Applied Sciences, v. 11, n. 18, p. 8281, 2021. DOI: 10.3390/app11188281. DOI: https://doi.org/10.3390/app11188281

24. ZIMMERMANN, Günter et al. Smart grid communications: LTE outdoor field trials at 450 MHz. In: IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON SMART GRID COMMUNICATIONS (SMARTGRIDCOMM), 2015, Miami. Proceedings... [S.l.]: IEEE, 2015. p. 1–6. DOI: 10.1109/SmartGridComm.2015.7436282. DOI: https://doi.org/10.1109/SmartGridComm.2015.7436282

Publicado

2026-05-14

Cómo citar

WasionLink: Arquitectura Modular de Comunicación Embebida para Medidores Inteligentes con Compresión Adaptativa, Conectividad NTN y Conmutación Inteligente. (2026). REMUNOM, 13(09), 1-20. https://doi.org/10.66104/demgdf29