Minimização do consumo de energia em sistemas de controle em rede sem fio

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Silva, Rafaela Scaciota Simoes da
• Orientador(a): Brante, Glauber Gomes de Oliveira
• Banca de defesa: Mariano, Andre Augusto , Brante, Glauber Gomes de Oliveira , Rebelatto, Joao Luiz , Lopez, Onel Luis Alcaraz , Souza, Richard Demo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Sistemas de comunicação sem fio; Energia elétrica - Consumo; Controle preditivo; Confiabilidade (Engenharia) - Métodos estatísticos; Internet das coisas; Indústria 4.0; Manutenção - Cutos; Wireless communication systems; Electric power consumption; Predictive control; Reliability (Engineering) - Statistical methods; Internet of things; Industry 4.0; Maintenance - Costs
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES::SISTEMAS DE TELECOMUNICACOES
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28627

Um dos principais casos para o uso da tecnologia de sexta geração (6G) é conhecida como URLLC (do inglês, Ultra-Reliable Low-Latency Communications), que tem como requisitos a baixa latência, a confiabilidade e a disponibilidade altas que garantem a resiliência do sistema contra possíveis cenários de indisponibilidade. Ainda, por causa de restrições de custo e tamanho, no momento da implementação desses sistemas, é comum que os sistemas de controle sem fio sejam alimentados por baterias. Logo, a energia consumida pelo sistema precisa ser levada em consideração. Sendo assim, três cenários foram analisados para solucionar os requisitos de sistemas de controle sem fio. Nos dois primeiros cenários este trabalho foca na minimização da energia consumida por bit transmitido com sucesso, com a restrição de que a estabilidade do sistema de controle deve ser garantida. O primeiro cenário utilizou uma condição que é suficiente para obter a estabilidade do sistema conhecida como método do tempo de permanência. Assim, foi possível, por meio da otimização da probabilidade de outage, minimizar o consumo de energia por bit a partir de uma uma expressão fechada que relaciona a probabilidade de outage máxima do sistema com a estabilidade do sistema de controle. Foi concluído que o projeto conjunto de comunicações e controle tem menor consumo de energia que o método tradicional da literatura, de minimizar energia dada uma outage alvo fixa. O segundo cenário apresentou a minimização da energia consumida por bit a partir da otimização da probabilidade de outage modelada de acordo com a distribuição Nakagami- correlacionada no tempo. Os resultados mostram que os parâmetros ideais de probabilidade de outage e potência de transmissão dependem do fator de correlação temporal presente no canal de comunicação. Por fim, no terceiro cenário temos como foco minimizar a quantidade de energia utilizada por uma fonte de energia de múltiplas antenas que alimenta um sistema com controle preditivo. Neste cenário foi possível determinar a estatística de energia incidente para os casos de termos a informação instantânea ou média de estado do canal. Para os respectivos cenários modelou-se a probabilidade de outage levando em consideração que a confiabilidade do sistema é afetada por ambos os enlaces, de transferência de energia e de informação. Os resultados apresentam que a energia mínima dependerá da quantidade de antenas na fonte de energia e da quantidade de comandos de controle preditivo. Foi concluído que a utilização da informação média do estado do canal é capaz de se aproximar do cenário com informação instantânea do estado do canal, especialmente quando o número de antenas aumenta.