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CPGEI (Doutorado): Guilherme de Santi Peron-26/05/17

Defesa Pública de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 26/05/2017
das 09h30 até 13h30
Onde Sede Central: Sala C-301
Nome do Contato Prof. Glauber Gomes de Oliveira Brante
Participantes Prof. Glauber Gomes de Oliveira Brante, Dr. Orientador - UTFPR
Prof. Richard Demo Souza, Dr. Co-orientador - UFSC
Banca examinadora:
Prof. Glauber Gomes de Oliveira Brante, Dr. Presidente - UTFPR
Prof. Mário de Noronha Neto, Dr. - IFSC
Prof. Marcelo Eduardo Pellenz, Dr. - PUC-PR
Prof. André Augusto Mariano, Dr. - UFPR
Prof. Guilherme Luiz Moritz, Dr. - UTFPR
Examinador Suplente: Prof. João Luiz Rebelatto, Dr. - UTFPR
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Esquemas de Comunicação Cooperativa com múltiplos relays e múltiplas antenas visando a Eficiência Energética

Resumo: Redes de sensores sem fio geralmente são compostas por dispositivos que demandam qualidade de transmissão, porém com energia limitada. Desta condição, surge a necessidade do estudo da eficiência energética. Neste documento são apresentadas e comparadas algumas técnicas para melhorar a eficiência energética que englobam o uso da diversidade, tais como o uso de múltiplas antenas no transmissor e receptor bem como o uso de comunicação cooperativa, esta última melhor aproveitada quando um canal de retorno está disponível. São abordados dois modelos de comunicação. No primeiro cenário, apenas a camada física é levada em conta em uma rede MIMO cooperativa com múltiplos relays, em que é proposto um algoritmo distribuído iterativo de alocação de potência baseado no algoritmo de Dinkelbach visando a maximização da eficiência energética. Os resultados demonstram que o uso de múltiplas antenas melhora a eficiência energética, mas que dependendo da técnica MIMO utilizada, o número de relays e o número de antenas podem levar a efeitos diferentes em termos de eficiência energética. Em seguida, é apresentado um cenário que envolve a camada física e a camada de controle de acesso ao meio (MAC), no qual propõe-se um protocolo MAC cooperativo distribuído. Neste caso, além da energia utilizada para transmitir os pacotes de dados, também é analisado o atraso e o consumo para acessar o canal. Pelos resultados obtidos, nota-se que as técnicas MIMO aumentam a eficiência energética em relação ao caso SISO, das quais pode-se destacar a seleção de antenas. Além disso, outros parâmetros, tais como densidade de nós, eficiência espectral, número de antenas e distância entre nós, são analisados em termos de eficiência energética.
Palavras-chave: Eficiência energética, múltiplas antenas, comunicação cooperativa, redes de sensores sem fio, análise multicamadas, protocolos MAC

Cooperative Communication Schemes with multiple relays and multiple antennas aiming Energy Efficiency

Abstract: Wireless sensor networks are usually composed of devices that require transmission quality, but with limited energy. From this condition arises the necessity of the energy efficiency study. In this document, we present and compare some techniques to improve the energy efficiency, which include the use of diversity, such as the use of multiple antennas in the transmitter and receiver as well as the use of cooperative communication. The latter has better results when a feedback channel is available. We cover two communication scenarios. In the first scenario, only the physical layer is taken into account in a MIMO cooperative network with multiple relays, where we propose a power allocation distributed iterative algorithm based on the Dinkelbach's algorithm aiming at the energy efficiency maximization. The results show that the use of multiple antennas improve the energy efficiency, but depending on the used MIMO transmission scheme, the number of relays and the number of antennas can lead to different effects with respect to the energy efficiency. In the following, we present a scenario that contains a cross-layer analysis encompassing physical and medim access control (MAC) layers in a cooperative MIMO network, where we propose a distributed cooperative MAC protocol. In this case, besides the energy used to transmit thte data packets, we also analyze the delay and energy consumption to access the channel. Results show that the MIMO techniques improve the energy efficiency when we compare to SISO, especially when employing antenna selection techniques. In addition, other parameters, such as node density, spectral efficiency, number of antennas and distance between nodes, are analyzed with respect to the energy efficiency.
Keywords: Energy efficiency, MIMO, cooperative communications, wireless sensor networks, cross-layer analysis, MAC protocols

Lista de publicações:

PERON, G. S.; BRANTE, G.; SOUZA, R. D. Energy-efficient distributed power allocation with multiple relays and antenna selection. Communications, IEEE Transactions on, v. 63, n. 12, p. 4797–4808, Dec 2015. ISSN 0090-6778.

PERON, G.; BRANTE, G.; SOUZA, R. D. Physical and mac cross-layer analysis of energy efficient mimo networks. In: 2016 IEEE 27th Annual International Symposium on Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications (PIMRC). [S.l.: s.n.], 2016. p. 1–6.

Ações do documento