| Article name |
The Impact of Free Space Path Loss on the Data Transmission Performance of Wireless Sensor Devices
|
|
|
|
| Article type |
Research article
|
| Authors |
Nitipong Saengla(1) and Wutthichai Puangmanee(1*)
|
| Office |
Department of Computer Engineering, Faculty of Engineering and Technology North-Chiang Mai University(1) *Corresponding author: wutichai@northcm.ac.th
|
| Journal name |
Vol. 12 No.1 (2026): January - April
|
| Abstract |
The design of wireless sensor devices for data transmission via wireless networks often faces the challenge of Free Space Path Loss (FSPL), which is a major factor in the degradation of communication efficiency, especially in open outdoor areas without obstacles. This directly affects signal quality. This study aims to analyze the impact of Free Space Path Loss on data transmission efficiency using an ESP32 board connected to a temperature sensor via a wireless network. The Received Signal Strength Indicator (RSSI), packet loss, and throughput were evaluated at various distances. The experimental results when placing the device in a vertical orientation using an omni-directional antenna show that temperature and humidity vary over time. In the morning, when the temperature is between 23–25 °C and the humidity is between 80–90%, the successful transmission rate is high and packet loss is low. During the daytime, when the temperature rises to 31–35 °C and the humidity drops to 50–60%, using the onboard (internal) antenna led to an average signal strength reduction of approximately 25.0% between 30–60 meters, 17.5% between 60–90 meters, and 11.9% between 90–120 meters. In comparison, using the external antenna resulted in greater reductions of 29.2%, 16.6%, and 8.6%, respectively. Two-way ANOVA analysis revealed that antenna type and distance had a statistically significant effect on signal strength (Sig. < 0.05), while their interaction was not significant (Sig. = 0.065). Shorter distances consistently yielded stronger signals for both antenna types. These results indicate that selecting the appropriate antenna and managing transmission distance are key factors for optimizing wireless signal performance, particularly in outdoor environments where high temperatures and low humidity increase wave energy loss in the air. This study aligns with the research objectives and provides guidance for designing more efficient and stable wireless sensor devices by evaluating the Received Signal Strength Indicator (RSSI) and calculating the Signal-to-Noise Ratio (SNR) in open outdoor environments.
|
| Keywords |
Free Space Path Loss; Wireless Sensor; Received Signal Strength Indicator
|
| Page number |
165-188
|
| ISSN |
ISSN 3027-7280 (Online)
|
| DOI |
|
| ORCID_ID |
0009-0002-5626-1990
|
| Article file |
https://mitij.mju.ac.th/ARTICLE/R69010.pdf
|
| | |
| Reference | |
| |
ชนนิกานต์ รอดมรณ์ มธุรส ผ่านเมือง และวีรศักดิ์ จงเลขา. (2564). การประยุกต์ใช้เครือข่ายเซนเซอร์ไร้สายสาหรับฟาร์มอัจฉริยะ. วารสารวิจัยมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลศรีวิชัย. 13(2): 315-329.
|
| |
ชาญวิช สุวรรณพงศ์. (2560). การประเมินประสิทธิภาพการส่งข้อมูลของโพรโทคอลอาร์พีแอลในเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สายภายใต้สภาพแวดล้อมจริง. วารสารวิชาการและวิจัย มทร.พระนคร สาขาวิทยาศาตร์และเทคโนโลยี. 11(1): 151–164.
|
| |
มงคล รอดจันทร์ ภรัณยา ปาลวิสุทธิ์ อภินันท์ จุ่นกรณ์ และศัลยพงศ์ วิชัยดิษฐ์. (2568). การหาจำนวนที่เหมาะสมสำหรับติดตั้งตัวตรวจวัดความชื้นในดินด้วยแบบจำลองเชิงพื้นที่โดยใช้เครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สาย. วารสารแม่โจ้เทคโนโลยีสารสนเทศและนวัตกรรม. 11(2): 23-40.
|
| |
เอกบุตต์ เทพนรรัตน์ พงษ์ศักดิ์ กีรติวินทกร และ เวช วิเวก. (2556). การปรับกำลังส่งอัตโนมัติของอุปกรณ์สื่อสารด้วยคลื่นวิทยุแบบเหมาะสมกับระยะทางสำหรับเครือข่ายเซนเซอร์ไร้สาย. วารสารวิชาการเทคโนโลยีอุตสาหกรรม. 9(3): 28–46.
|
| |
Amir Guidara, Ghofrane Fersi, Faouzi Derbel & Maher Ben Jemaa. (2018). Impacts of Temperature and Humidity variations on RSSI in indoor Wireless Sensor Networks. Procedia Computer Science, 126, 1072-1081.
|
| |
Evgeny Khorov, Andrey Lyakhov, Alexander Krotov & Andrey Guschin (2015). A survey on IEEE 802.11ah: An enabling networking technology for smart cities. Computer Communications, 58, 53-69.
|
| |
Friis, H. T. (1946). A Note on a Simple Transmission Formula. Proceedings of the IRE.
|
| |
Gubbi, J., Buyya, R., Marusic, S., & Palaniswami, M. (2013). Internet of Things (IoT): A vision, architectural elements, and future directions. Future Generation Computer Systems, 29(7), 1645-1660.
|
| |
Hossain, M. S., Fotouhi, M., & Hasan, R. (2018). Towards an analysis of weather impact on Wi-Fi signal strength in IoT applications. IEEE World Congress on Services, 21-28.
|
| |
Phruksahiran, N. (2024). A Hybrid Model for Path Loss Estimation in Avenue
Environment. Nkrafa journal of science and technology, 20(2), 11–22.
|
| |
Rappaport, T. S. (2010). Wireless Communications: Principles and Practice. Prentice Hall.
|
| |
Shashikumar, R., Ramesh, M. V., & Sujatha, B. (2023). Design of Embedded Web Monitoring System to Measure pH of Water Using Wireless Sensor Network for Hydroponics Applications. International Journal of Scientific & Engineering Research, 14(2), 121–127.
|
| |
Suryadip Chakraborty, Saibal K. Ghosh, Anagha Jamthe & Dharma P. Agrawal (2013). Detecting Mobility for Monitoring Patients with Parkinson’s Disease at Home using RSSI in a Wireless Sensor Network. Procedia Computer Science, 19, 956-961.
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|