An NS-3 module for simulation of Simultaneous Wireless Information and Power Transfer (SWIPT) over IEEE 802.11 networks
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| Publikationsdatum: | 2023 |
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| Quelle: | Repositório Institucional da UnB |
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Zusammenfassung: | Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2023. |
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Em resposta, a tecnologia de Transferência Simultânea de Informação e Energia sem Fio (do Inglês: Simultaneous Wireless Information and Power Transfer - SWIPT) apresenta-se como alternativa promissora, em razão do seu potencial para fornecer energia elétrica extraída a partir de sinais eletromagnéticos intencionalmente recebidos. Contudo, a maior parte das pesquisas sobre SWIPT tem concentrado esforços no desenvolvimento de soluções relacionadas à camada física, com pouca atenção voltada à investigação do SWIPT em ambientes de simulação de redes. Diante disso, a presente pesquisa tem como objetivo principal o desenvolvimento de um módulo de SWIPT, utilizando a técnica de divisão de potência, sobre a plataforma do Simulador de Redes 3 (do Inglês: Network Simulator 3, NS-3), de modo a promover simulações do SWIPT em redes IEEE 802.11. Assim, nas páginas a seguir, discorrem-se sobre os fundamentos teóricos que subsidiam o tema desta pesquisa, incluindo-se conceitos sobre SWIPT, IEEE 802.11ah e NS-3. Em seguida, relatam-se os resultados de uma extensa pesquisa realizada para avaliar o estado atual do conhecimento científico sobre a simulação do SWIPT em plataformas computacionais. Após isso, apontam-se os aspectos conceituais aplicados ao desenvolvimento do módulo SWIPT. Adiante, passa-se a expor o detalhamento referente à implementação do módulo SWIPT no NS-3, incluindo as principais classes e outras dependências relevantes. Subsequentemente, apresentam-se os resultados das métricas de relação sinal-ruído e interferência (SNIR), vazão, perda de quadros, potência total coletada, energia total coletada e sustentabilidade energética, obtidos a partir de simulações realizadas em cenários de enlace único e de rede. Por fim, exprimem-se as conclusões sobre os resultados alcançados e delineiam-se as futuras direções a serem exploradas para a evolução da investigação sobre o tema.Our contemporary interconnected world faces a significant challenge due to the escalating energy requirements demanded by the proliferation of Internet of Things (IoT) devices projected to saturate the market in the coming years. In response to this challenge, Simultaneous Wireless Information and Power Transfer (SWIPT) emerges as a compelling solution, allowing devices to be powered by received signals intended for information transfer. Despite the significance of SWIPT, the majority of scientific research conducted on this subject has predominantly fixated on the hardware aspects of the Physical (PHY) layer, with limited exploration of SWIPT in broader contexts of standard network simulation deployments. In light of this, our primary research objective was to developed an SWIPT module using the power splitting (PS) technique, specifically tailored for the integration into the Network Simulator 3 (NS-3), in order to enable us to simulate SWIPT within IEEE 802.11 networks. Thus, in the following pages, we provide a thorough explanation of the theoretical foundations that support our research, including the fundamental principles of SWIPT, IEEE 802.11ah and NS-3. Then, we present the outcomes of an extensive survey we conducted to evaluate the current state of scientific knowledge regarding the simulation of SWIPT within standardized network architectures. Following this, we present the conceptual framework of our design, which closely aligns with the split architecture of the SWIPT receiver, incorporating the PS technique. After that, we delve into the technical details of the implementation of the SWIPT module into NS-3, including the key classes and other major dependencies. Subsequently, we present the results obtained from extensive simulations we conducted of our implementation on the NS-3, encompassing both single-link and network scenarios, using key metrics such as Signal-to-Noise and Interference Ratio (SNIR), throughput, frame loss, total harvested power, total harvested energy, and sustainability. In conclusion, we summarize the outcomes achieved through our research and outline the future directions we aspire to explore.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Elétrica (FT ENE)Programa de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaengA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessAn NS-3 module for simulation of Simultaneous Wireless Information and Power Transfer (SWIPT) over IEEE 802.11 networksUm módulo do NS-3 para simulação de Transferência Simultânea de Informação e Energia Sem Fio (SWIPT) em redes IEEE 802.11info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisSustentabilidade energéticaInternet das Coisas (IoT)reponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINALJoseAntonioDeFrancaJunior_DISSERT.pdfJoseAntonioDeFrancaJunior_DISSERT.pdfapplication/pdf3563041http://repositorio.unb.br/bitstream/10482/48381/1/JoseAntonioDeFrancaJunior_DISSERT.pdf62b2827f19f8314626a5b479ff929ca6MD51open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain102http://repositorio.unb.br/bitstream/10482/48381/2/license.txtaed4704d04bb260d4decd80db311aaa5MD52open access10482/483812025-02-27 14:39:33.283open accessoai:repositorio.unb.br:10482/48381U3VibWlzc8OjbyBlZmV0aXZhZGEgZGUgYWNvcmRvIGNvbSBsaWNlbsOnYSBjb25jZWRpZGEgcGVsbyBhdXRvciBlL291IGRldGVudG9yIGRvcyBkaXJlaXRvcyBhdXRvcmFpcy4KRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2025-02-27T17:39:33Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB) |
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