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Title: Modelo de perdas de propagação para aplicações de internet das coisas e transmissão simultânea de informação e energia para ambientes internos.
Other Titles: Propagation losses model for internet of things applications and simultaneous transmission of information and energy for indoor environments.
???metadata.dc.creator???: OLIVEIRA, Alexandre Henrique Soares de.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: FONTGALLAND, Glauco.
???metadata.dc.contributor.referee1???: QUEIROZ, Wamberto José Lira de.
???metadata.dc.contributor.referee2???: ALENCAR, Marcelo Sampaio de.
???metadata.dc.contributor.referee3???: CARVALHO, Nuno Borges.
???metadata.dc.contributor.referee4???: ANDRADE, Humberto Dionísio de.
Keywords: Fluxo de rede multicomódite;Internet das coisas;Modelos de propagação;Transmissão simultânea de informação e energia;Multicommodity network flow;Internet of things;Simultaneous wireless Information and Power Transfer;Propagation Model
Issue Date: 16-Sep-2022
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: OLIVEIRA, Alexandre Henrique Soares de. Modelo de perdas de propagação para aplicações de internet das coisas e transmissão simultânea de informação e energia para ambientes internos. 2023. 113 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2022.
???metadata.dc.description.resumo???: Com o surgimento da Internet das Coisas na década de 1990, o desenvolvimento de aplicações industriais voltadas para a integração de equipamentos, rastreabilidade de insumos e a interligação de sistemas heterogêneos tem despertado cada vez mais interesse. Em uma vasta gama de aplicações, o desenvolvimento de sistemas capazes de aproveitar a energia presente no próprio ambiente é cada vez maior. Uma das tecnologias que tem ganhado notoriedade na área de coleta de energia é a transmissão simultânea de informação e energia, denominada em inglês como Simultaneous Wireless Information and Power Transfer (SWIPT), principalmente em aplicações industriais voltadas para a coleta de dados no ambiente industrial. Como os sistemas SWIPT necessitam coletar energia do sinal de radiofrequência tanto para a retificação e colheita de energia como para demodulação e decodificação de informações, a utilização de modelos que possam prever o nível de sinal recebido é um fator crítico para a análise e garantia da confiabilidade e aplicabilidade dos sistemas, principalmente em ambientes industriais internos. Neste tipo de ambiente, existe a possibilidade da existência de obstáculos, como equipamentos, insumos e materiais em processamento, além de movimentações e transportes de materiais que podem prejudicar sistemas de comunicações, interrompendo a linha de visada direta e provocando fenômenos de propagação, como reflexões, difrações e refrações. Nesse contexto, foi desenvolvido um modelo de perdas de propagação com base na modelagem de fluxo de rede comódite, denominado Multicommodity Network Flow (MCNF) ou Multicommodity Flow (MCF), que consiste em uma ferramenta de otimização capaz de apresentar uma boa resposta em problemas de otimização e um desempenho computacional satisfatório, devido à sua capacidade de decomposição de sistemas complexos em um somatório de problemas mais simples. O modelo MCF proposto apresentou um desempenho satisfatório para a predição de perdas de propagação em ambientes internos, em comparação com outros modelos comumente utilizados nesse tipo de situação. Foram analisadas frequências de 915 MHz, 2,4 GHz, 3 GHz e 3,5 GHz, para potências de transmissão de 0, 1, 10, 20 e 30 dBm, e medido o indicador de intensidade de sinal recebido, denominado Received Signal Strength Indication (RSSI), para potências de transmissão de -30, -20, -10, -1, 0, 1, 10, 20 e 30 dBm, para distâncias variando entre 1 e 5 m. Foram realizadas medições emulando diferentes situações que podem ocorrer em ambientes industriais internos, como a movimentação relativa entre o transmissor e o receptor e interrupção da linha de visada direta. O modelo MCF proposto foi comparado com os modelos utilizados em ambientes internos, como COST 231 Motley-Keenan e o ITU-R P.1238-1, utilizando diferentes técnicas de análise de erros de predição, o modelo MCF.
Abstract: Since the advent of the Internet of Things in the 1990s, there has been a growing interest in creating industrial applications for things like equipment integration, inventory tracking, and system interoperability. The demand for energy-efficient systems that can harness the power already existing in their surroundings is growing across a wide variety of industries. Transmission of both data and power at the same time, or Simultaneous Wireless Information and Power Transfer (SWIPT), has gained prominence in the field of energy collection, particularly in industrial applications geared toward data collection in an industrial setting. Since radiofrequency (RF) signal energy must be harvested by SWIPT systems for both power regeneration and energy collection and data demodulation and decoding, signal-level prediction models are essential for SWIPT analysis and reliability guarantees in challenging RF environments. Communication systems may be harmed in such an environment due to the presence of obstacles like equipment, raw materials, and finished goods; the movement and transport of these items; and the occurrence of propagation phenomena like reflections, diffractions, and refractions. In this setting, we developed a propagation loss model based on commodity network flow modeling; we call it Multicommodity Network Flow (MCNF) or Multicommodity Flow (MCF). MCF is an optimization tool that can provide a good response to optimization problems and satisfactory computational performance by breaking down complex systems into their component parts. for compared to other models typically used in such situations, the proposed MCF model showed satisfactory performance for predicting propagation losses in internal environments. We analyzed 915 MHz, 2.4 GHz, 3 GHz, and 3.5 GHz signals at transmission powers of 0, 1, 10, 20, and 30 dBm and measured the received signal strength indicator (RSSI) at distances ranging from 1 to 5 meters at powers of -30, -20, -10, -1, 0 to 1, 10, 20, and 30 dBm. Measures were taken to simulate various situations that may arise in internal industrial environments, such as relative movement between the transmitter and receiver and interruption of the direct line of sight. Models used in internal environments, such as COST 231 Motley-Keenan and the ITU-R P.1238-1, were compared with the proposed MCF model using various methods of error analysis.
Keywords: Fluxo de rede multicomódite
Internet das coisas
Modelos de propagação
Transmissão simultânea de informação e energia
Multicommodity network flow
Internet of things
Simultaneous wireless Information and Power Transfer
Propagation Model
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Elétrica.
Telecomunicações.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/30994
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica.

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