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Título: Impacto de técnicas com múltiplas antenas em uma rede de sensores sem fio baseada em cooperação probabilística
Título(s) alternativo(s): Impact of techniques with multiple antennas on a wireless sensor network based on probabilistic cooperation
Autor(es): Yabcznski, Eduardo
Orientador(es): Brante, Glauber Gomes de Oliveira
Palavras-chave: Sistemas de comunicação sem fio
Múltiplas entradas-múltiplas saídas
Antenas (Eletrônica)
Energia - Consumo
Sistemas de telecomunicação
Probabilidades
Wireless communication systems
Multiple input-multiple output systems
Antennas (Electronics)
Energy consumption
Telecommunication systems
Probabilities
Data do documento: 16-Dez-2021
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: YABCZNSKI, Eduardo. Impacto de técnicas com múltiplas antenas em uma rede de sensores sem fio baseada em cooperação probabilística. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.
Resumo: O presente trabalho avalia quais os efeitos no desempenho de uma rede de sensores sem fio ao adotar múltiplas antenas nos sensores em uma rede cooperativa. A ideia principal é combinar duas técnicas que exploram a diversidade espacial: cooperação e MIMO, do inglês Multiple Input Multiple Output. Nas análises dois esquemas MIMO foram utilizados: seleção de antena, do inglês Antenna Selection (AS) e a transmissão em feixe, do inglês beamforming, usando a técnica de decomposição de valor singular, do inglês Singular Value Decomposition (SVD). A transmissão SISO, do inglês Single Input Single Output, também é considerada para fins de comparação. Para o esquema cooperativo foi modelada a probabilidade de ON-OFF para redes em que os nós possuem múltiplas antenas, estendendo análises da literatura que consideravam apenas nós com uma única antena. Dessa maneira pretende-se diminuir o consumo de energia prolongando a vida útil dos sensores fazendo com que haja um aumento na quantidade de informação efetivamente transmitida pela rede, sempre mantendo uma certa probabilidade de outage como restrição. Verificou-se que ao empregar as duas técnicas há um ganho significativo na quantidade de informação transmitida pela rede com destaque para o AS a curtas distâncias. Ao aumentar o número de antenas constatou-se que é necessário uma menor probabilidade ON-OFF de cooperação, havendo um ganho considerável para o AS e degradação no SVD. Também verificou-se que para cada tamanho da rede (distância entre os nós) há uma potência de transmissão na qual uma maior quantidade de informação pode ser transmitida. Por fim foi proposto um algoritmo de busca exaustiva para encontrar a melhor potência de transmissão para cada esquema de transmissão.
Abstract: The present work evaluates the effects on the performance of a wireless sensor network by adopting multiple antennas in the sensors in a cooperative network. The main idea is to combine two techniques that exploit spatial diversity: cooperation and MIMO. In the analyzes two MIMO schemes were used: Antenna selection (AS) and beamforming transmission using the singular value decomposition technique (SVD). The SISO transmission is also considered for comparison purposes. For the cooperative scheme, the probability of ON-OFF was modeled for networks in which the nodes have multiple antennas, extending analyzes of the literature that considered only nodes with a single antenna. In this way it is intended to reduce the energy consumption by extending the useful life of the sensors, increasing the amount of information effectively transmitted by the network, always maintaining a certain probability of outage as a restriction. It was verified that when both techniques are used there is a significant gain in the amount of information transmitted by the network with emphasis on the AS at short distances. By increasing the number of antennas, it was found that a lower ON-OFF probability of cooperation is required, providing a considerable gain for the AS and degradation in the SVD. It was also found that for each network size (distance between nodes) there is a transmission power at which a greater amount of information can be transmitted. Finally, an exhaustive search algorithm was proposed to find the best transmission power for each transmission scheme.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27881
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