Haberleşme Ağlarında Enerji Hasadı Yöntemi Kullanımının Eniyileme ve Gerçeklemesi

Download
2015
Bıyıkoğlu, Uysal Elif
Külah, Haluk
Zorlu, Özge
Chamanian, Salar
Baghee, Sajjad
Yaşar, Oğuz
Bacınoğlu, Tan B.
Herfeh, Shakiba Mahdi
Kablosuz duyarga ağları (KDA), günümüzün bilgi ve iletişim teknolojileri altyapısında önemli bileşenler olmuşlardır. Bu noktada KDA'ların çalışma ömrü kritik bir parametre olarak görülmektedir. İletişim düğümlerinin ağ içindeki ömrü, KDA mimarisi, çevresel etkenler ve pil kapasitesi ile ilintilidir. Alternatif enerji kaynakları olarak enerji hasatı sistemleri kullanmak, pil ömrünü uzatmak ve ağ içinde verimli bir iletişim yapısı oluşturmak açısından en etkin yollardan biri olarak görülmektedir. Bu projenin temel amacı, yukarıda belirtilen kapsamda, ortamdaki yenilenebilir enerjiyi kullanan ve bu enerjiyi kendi bataryalarında gerektiği gibi depolayarak harcayan ve düğümler arasındaki iletişim enerji verimli olarak optimize edilmiş bir kablosuz ağ yapısı geliştirmektir. Bu proje için yapılan kuramsal ağırlıklı çalışmalar kapsamında çoğunlukla çevrimiçi problemler ve çözümleri üzerinde durulmuştur. Bu bağlamda da yapılan ilk çalışma, değişken paket trafiğine uyum sağlayan bir göndermecin, iletim sürecini enerji verimliliği açısından eniyileştirmesi ve bunun sonucunda ortaya çıkan enerji gereksinimi incelemiştir. İlgili problem için önerilen çevrimiçi 'Tembel Çizelgeleme' algoritması, benzetim deneyleriyle sınanmıştır. Sonraki çalışmada ise, enerji hasatçı ve algılayıcı bir göndermecin, güncelleme gönderim sürecini, güncellemelerin alındığı tarafta gözlenen ortalama ve en yüksek 'bilgi yaşı' açısından eniyileştirmesi problemi incelenmiştir. Bu problem için de, eniyi çevrimdışı / çevrimiçi çözümler gösterilmiş ve çevrimdışı çözümün yapısından yola çıkan eniyialtı çevrimiçi politika olarak 'Dengeli Güncelleme' (BU) politikası önerilmiştir. Diğer çalışmada ise, çoklu kullanıcılı bir haberleşme sisteminde, enerji hasatçı kullanıcıların kanal kestirimi için geribildirimi paketlerini enerji verimli şekilde bir merkeze gönderme problemi çalışılmıştır. Deneysel ağırlıklı çalışmalar enerji üreteçlerinin tasarımı, üretimi, karakterizasyonu ve bu üreteçlerin KDA?larda kullanımına yöneliktir. Her ortamda bolca bulunan titreşimin enerji kaynağı olarak kullanılmasına karar verilmiş ve bu enerjiyi kullanan ve düşük frekanslarda çalışan elektromanyetik enerji üreteçleri geliştirilmiştir. Daha sonra bu üreteçlerle pillerin şarj edilebildiği ve bu yöntemle MicaZ düğümleri kullanan bir KDA'nın çalışma ömrünün 10 kata kadar arttırılabildiği literatürde ilk kez gösterilmiştir. Uygulamaya yönelik olarak, koşan bir insanın bileğinde titreşim karakteristiği incelenmiş ve buna uygun elektromanyetik enerji üreteçleri de tasarlanmıştır. Daha yüksek frekanslı titreşimlere yönelik olarak piezoelektrik enerji üreteçleri ile çalışmalar yapılmış ve geliştirilen KDA prototipleri pilsiz olarak çalıştırılabilmişlerdir. Burada, enerji-nötr operasyon ve enerji üreteçli kendinden adaptif sensör düğümleri yine literatürde ilk kez deneysel olarak gösterilmişlerdir. Bu çalışmalar kapsamında elde edilen deneysel ve kuramsal sonuçları birleştiren, enerji-nötr KDA?larda ömür tahmini için bir enerji simülatörü de geliştirilmiştir. Simülatör oluşturulurken teorik formülasyon yerine deneysel sonuçlardan faydalanılması nedeniyle bu çalışma da özgün değere sahiptir. Sonuç olarak, proje kapsamında enerji hasatlı KDA'lar konusuna hem kuramsal hem de deneysel açıdan özgün çalışmalar yapılmıştır. Deneysel çalışmalarla enerji hasatı yönteminin KDA?larda hem pil ömrünü uzatmak hem de enerji-nötr çalışmayı sağlamak amacıyla kullanılabileceği gösterilmiştir.