Comparison of Distance and Physical Obstacle Effects on Real-Time Data Transmission Using Esp32 and LoRa

Reliable indoor real-time data transmission is essential for biomedical and IoT monitoring applications; however, wireless link quality can vary significantly with distance and the presence of common building materials. This study presents an experimental comparison of ESP32-based Wi-Fi (2.4 GHz) and LoRa RA-02 communication (433 MHz) under indoor conditions, with a focus on the effects of propagation distance and physical obstacles on link performance. In addition to communication analysis, the study also demonstrates the acquisition of analog biomedical signals and environmental data, their wireless transmission, and real-time visualization at the receiver side. To ensure a consistent comparison, both technologies were tested under identical indoor procedures using received signal strength indicator (RSSI) as the primary evaluation metric. Four experimental scenarios were considered, including short-range reference measurement, straight-corridor distance tests, non-line-of-sight L-shaped corridor measurements, and obstacle-based attenuation tests involving commonly encountered construction materials. The experimental results show that ESP32-based Wi-Fi provides satisfactory performance in short-range and relatively unobstructed indoor environments, where higher data exchange capability is advantageous. However, its signal strength decreases more noticeably as transmission distance increases and when obstacles are introduced. In contrast, LoRa exhibits greater resistance to attenuation caused by both distance and indoor obstacles, maintaining more stable RSSI behavior across medium- and longer-range scenarios. Overall, the study provides a practical indoor performance evaluation of two widely used wireless communication technologies and demonstrates that protocol selection should not depend solely on nominal communication range, but also on obstacle sensitivity and application-specific monitoring requirements. The findings offer useful guidance for the design of indoor biomedical and IoT monitoring systems operating in realistic built environments.

ÖZET Kapalı ortamlarda gerçek zamanlı izleme bağlantıları, sinyal yayılımının mesafe ve yaygın yapı malzemelerine bağlı olarak belirgin şekilde değişmesi nedeniyle güvenilmez hâle gelebilir. Bu pratik ihtiyaca yanıt vermek ve protokol seçimi için deneysel temelli bir zemin oluşturmak amacıyla, bu çalışma ESP32 tabanlı Wi-Fi (2,4 GHz) ile LoRa RA-02 (433 MHz) haberleşmesini, biyomedikal ve çevresel verilerin kapalı ortamda gerçek zamanlı iletimi açısından; tek bağlantı metriği olarak alınan alınan sinyal gücü göstergesi (RSSI) üzerinden karşılaştırmaktadır. Analog nabızla ilişkili sinyaller (AD8232) ile sıcaklık/nem verileri (DHT22) verici tarafta toplanmış, kablosuz olarak iletilmiş ve RSSI ile birlikte alıcı tarafta 1,3 inç ST7789 TFT ekran üzerinde gerçek zamanlı olarak görselleştirilmiştir. Tekrarlanabilir dört kapalı ortam senaryosu değerlendirilmiştir: (1) 0,30 m engelsiz referans, (2) düz koridorda 5/25/50 m mesafe ölçümleri, (3) vericiden 5/10/15/20 m uzaklıkta görüş hattı olmayan ilerlemeye sahip L-şekilli koridor ve (4) paslanmaz çelik, alüminyum kompozit, çift cam, alçıpan, OSB, yonga levha ve pleksiglas kullanılarak engel temelli zayıflama testleri. 0,30 m’de ölçülen RSSI, ESP32 için −31 dBm ve LoRa için −15 dBm’dir. Düz koridorda ESP32, −52 dBm (5 m) değerinden −69 dBm (25 m) ve −72 dBm (50 m) değerlerine düşerken; LoRa aynı mesafelerde −40 dBm’den −51 dBm ve −56 dBm’ye değişmektedir. L-şekilli koridorda ESP32, 10/15/20 m’de −66/−67/−71 dBm değerlerine gerilerken LoRa −43/−57/−58 dBm seviyelerinde kalmaktadır. Engel testlerinde en büyük kayıpları iletken malzemeler oluşturmuştur (ESP32: alüminyum kompozitte −57 dBm ve paslanmaz çelikte −51 dBm; LoRa: sırasıyla −27 dBm ve −26 dBm); metal olmayan engellerin çoğunda ise LoRa yaklaşık −15 dBm civarında kalmıştır. Genel olarak LoRa, hem mesafe hem de engellere karşı kapalı ortamda daha yüksek RSSI dayanımı sergilerken; ESP32 zayıflamaya daha duyarlı bulunmuştur. Bu sonuçlar, kapalı alan biyomedikal/IoT izleme uygulamalarında ihtiyaca dayalı teknoloji seçimini desteklemektedir.