UAV-enabled wireless-powered IoT wireless sensor networks
IHA-etkin kablosuz-enerjili IoT kablosuz sensör ağları
- Tez No: 554575
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGÜR ERÇETİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 68
Özet
Gelecekteki devasa nesnelerin interneti (IoT) ağları, onlarca milyon cihaz için çok sayıda sensörün konuşlandırılmasının beklendiği akıllı şehirlerin hayata geçirilmesinde etkin rol oynayacaktır. Böyle bir ağdaki ana zorluklar ağ ömrünün nasıl iyileştirileceği ve verimli bir veri toplama sürecinin tasarlanmasıdır. Kullanım ömrünü uzatmak için, düşük güçlü pasif sensör cihazlarının kullanılması son zamanlarda büyük potansiyel göstermiştir. Ortamdaki geri saçılma, ağ ömrünü önemli ölçüde genişleten düşük güç uzun menzilli kablosuz iletişim sağlayan yeni bir teknolojidir. Öte yandan, algılanan verileri geniş bir alana yayılan sensör cihazlarından toplamak için İnsansız Hava Araçları (İHAlar) yüksek hareket kabiliyetini ve görüş hattını (LOS) kullanarak umut verici bir teknoloji olarak kabul edildi. İHA, tüm sensörlerden algılanan verileri toplayan veri toplayıcı görevi görebilir. Bu tezde, iki sensör veri toplama senaryosu için ortama erişim kontrolü (MAC) politikalarını ele alıyoruz. İlk olarak, alandan bireysel sensör verilerini toplamaktır. Bu durumda zorluk, çok sayıda sensörün ortama nasıl erişmesi gerektiğini belirlemektir, böylece veri toplama işlemi hızlı ve güvenilir bir şekilde gerçekleştirilir. Geleneksel dikgen ortama erişim şemalarının (örneğin, zaman bölmeli çoklu erişim (TDMA) ve frekans bölmeli çoklu erişim (FDMA)) kullanılması, yüksek enerji tüketir ve spektral olarak yetersizdir. Bu nedenle, özellikle koordine olmayan gönderimler için 5G kablosuz ağlarda temel bir olanak sağlayan teknoloji olarak öngörülen dikgen olmayan çoklu erişim (NOMA) kullanıyoruz. Bölüm 2'de, İHA'nın, pasif bir geri yayılma sensörleri alanından veri toplama verimliliğini arttırmak için geleneksel karasal veri toplayıcılarının yerini alması için kullanıldığı ve aynı zamanda aktif hale getirmek üzere mobil bir RF taşıyıcı vericisi olarak görev yaptığı bir çerçeve geliştiriyoruz. geri saçma sensörleri. MAC katmanında, çok sayıda pasif geri saçma sensörüne efektif olarak hizmet vermek için uplink güç alanlı NOMA şemasını kullanıyoruz. Hedefimiz İHA'nın yolunu, yüksekliğini ve hüzme genişliğini ağ verimliliği en üst düzeye çıkacak şekilde optimize etmektir. Bölüm 3'te, ayrı bir veri toplayıcı ve RF taşıyıcı vericisi bulunan senaryoyu ele alıyoruz; öyle ki, ilki zeminde bir geçit olacak ve diğeri, geri saçma sensörlerinin alanını gezinen tek bir İHA'dır. İkinci olarak, bireysel sensör değerlerinden ziyade yalnızca algılanan verinin bir fonksiyonunun ele alınması gereken bir durum olduğunu düşünüyoruz. Sorunun, tahmin edilen işlevin doğruluğunu arttırmak için bir haberleşme politikası tasarlamak olduğu durumlarda yeni bir zorluk ortaya çıkar. Son zamanlarda, havadan hesaplamanın (AirComp), büyük IoT sensör ağlarında tek tek ölçümlerden ziyade, ölçümlerin bir fonksiyonunun istenmesi durumunda, kablosuz kanalların üst üste binme özelliğini kullanarak hesaplamanın ve haberleşmenin birleştirilmesinin sağlanması için umut verici bir çözüm olduğu ortaya çıkmıştır. AirComp'taki en önemli zorluklardan biri kanalın etkilerini telafi etmektir. Bundan dolayı, Bölüm 4'te, örnekleme ve ardından haritalama mekanizmasının basit bir uygulaması ile bu problemin üstesinden gelmek için bir İHA destekli haberleşme çerçevesi öneriyoruz.
Özet (Çeviri)
Future massive internet of thing (IoT) networks will enable the vision of smart cities, where it is anticipated that a massive number of sensor devices, in the order of tens of millions devices, ubiquitously deployed to monitor the environment. Main challenges in such a network are how to improve the network lifetime and design an efficient data aggregation process. To improve the lifetime, using low-power passive sensor devices have recently shown great potential. Ambient backscattering is a novel technology which provides low-power long-range wireless communication expanding the network lifetime significantly. On the other hand, in order to collect the sensed data from sensor devices deployed over a wide area, unmanned aerial vehicles (UAVs) has been considered as a promising technology, by leveraging the UAV's high mobility and line-of-sight (LOS) dominated air-ground channels. The UAV can act as data aggregator collecting sensed data from all sensors. In this thesis, we consider medium-access control (MAC) policies for two sensor data collection scenarios. First, the objective is to collect individual sensor data from the field. The challenge in this case is to determine how a large number of sensors should access the medium so that data aggregation process performed in a fast and reliable fashion. Utilizing conventional orthogonal medium access schemes (e.g., time-division vi multiple access (TDMA) and frequency-division multiple access (FDMA)), is highly energy consuming and spectrally inefficient. Hence, we employ non-orthogonal multiple access (NOMA) which is envisaged as an essential enabling technology for 5G wireless networks especially for uncoordinated transmissions. In Chapter 2, we develop a framework where the UAV is used as a replacement to conventional terrestrial data collectors in order to increase the efficiency of collecting data from a field of passive backscatter sensors, and simultaneously it acts as a mobile RF carrier emitter to activate backscatter sensors. In the MAC layer, we employ uplink power-domain NOMA scheme to effectively serve a large number of passive backscatter sensors. Our objective is to optimize the path, altitude, and beamwidth of the UAV such that the network throughput is maximized. In Chapter 3, we consider the scenario where there are a separate data collector and RF carrier emitter such that the former is a gateway on the ground and the latter is a single UAV hovering over the field of backscatter sensors. Secondly, we consider a case where only a function of sensed data is of interest rather than individual sensor values. A new challenge arises where the problem is to design a communication policy to improve the accuracy of the estimated function. Recently, over-the-air computation (AirComp) has emerged to be a promising solution to enable merging computation and communication by utilizing the superposition property of wireless channels, when a function of measurements are desired rather than individual in massive IoT sensor networks. One of the key challenges in AirComp is to compensate the effects of channel. Motivated by this, in Chapter 4, we propose a UAV assisted communication framework to tackle this problem by a simple to implement sampling-then-mapping mechanism.
Benzer Tezler
- Measurement based air to air and air to ground drone communication channel modeling
Ölçüm tabanlı havadan havaya ve havadan yere drone iletişim kanalı modelleme
BURAK EDE
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN
- Adaptive position based efficient communication for military operations using UAV-enabled flying ad hoc network (drone) network
Başlık çevirisi yok
ALMUNTADHER MAHMOOD ABDULWAHID ALWHELAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAltınbaş ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADİL DENİZ DURU
- Gecikme toleranslı ağ tabanlı çoklu insansız hava aracı sistemleri için bir ortam erişim kontrol protokolü
A medium access control protocol for delay tolerant network based multiple unmanned aerial vehicle systems
TOLGAHAN TÜRKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolHava Harp Okulu KomutanlığıBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER BEKMEZCİ
- User association and routing in UAV-supported hetnets
İHA destekli heterojen ağlarda kullanıcı ilişkilendirmesi ve yönlendirme
BERKE TEZERGİL
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERTAN ONUR
- Index modulation based designs, error performance and physical layer security analyses for unmanned aerial vehicle networks
İnsansız hava aracı ağları için indis modülasyonu tabanlı tasarımlar, hata performansı ve fiziksel katman güvenlik analizleri
AYŞE BETÜL BÜYÜKŞAR
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik-Haberleşme Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ