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| 1.88 MB | Adobe PDF |
Advisor(s)
Abstract(s)
Energy Harvesting techniques and Wireless Sensor Networks evidence an optimal
symbiosis, given that the typical environment where the motes are placed are most
times remote, hard to reach, and with poor operational capabilities, this makes the
possibility of changing batteries or another piece of hardware arduous and laborious,
requiring great resource exhaustion. With the appliance of EH modules and
optimization algorithms, it is possible to reach an Energy Neutral Operation condition,
which turns these motes into self-autonomous devices capable of operating for years
without disruption and human intervention. Meta-heuristic algorithms are applied in
these scenarios, where a global optimum solution is required for the mote to operate
under a rigorous and efficient energy expenditure scheme, turning these systems into
complete black-boxes, inputting the maximum possible physics variables, and
outputting the ideal mode of operation, commuting, for example, duty cycle, voltage
and frequency variation or even devising methodologies that decompose one extensive
task into multiple, easier to process, divided tasks. In this dissertation, a sleep
scheduling algorithm, based on MHs, is studied, devised, and demonstrated. As well as
a system being architected based on an LPC1768 microcontroller in order to simulate a
mote of a WSN, an extensive revision of the state-of-art techniques, used in EH-WSNs
is also carried out.
Técnicas de colheita de energia e redes de sensores sem fios demonstram uma ótima simbiose, uma vez que o ambiente típico onde os nós estão dispostos, na maioria das vezes apresentam características não favoráveis à operação e manutenção humana, maioritariamente são localizados em lugares remotos de difícil alcance e com impraticabilidade de operação, isto torna a possibilidade de reciclar as baterias, ou qualquer outra peça de hardware, laboriosa ou até mesmo inexequível, o que requere um extensivo uso de recursos. Com a aplicação de módulos de colheita de energia e algoritmos de otimização, é possível alcançar a condição de operação neutra de energia, tornando os nós em dispositivos autónomos capazes de funcionar durante anos, sem interrupções ou intervenção humana. Algoritmos meta-heurísticos são aplicados nestes cenários, onde uma solução ótima global é necessária para o nó operar sob um esquema energeticamente eficiente, o que torna estes sistemas em completas black-boxes. Ao ter em conta o máximo possível de variáveis físicas relacionadas com o problema, e ao exercer um rigoroso esquema de controlo é possível apontar como saída do sistema um modo ideal de operação, comutando, por exemplo, o ciclo de operação, a variação de tensão e frequência ou até mesmo a inserção de metodologias que decompõem tarefas presentes no processador, em múltiplas tarefas menos complexas. Nesta dissertação um algoritmo de calendarização, baseado na meta-heurística, é estudado, criado e demonstrado, assim como um sistema é arquitetado com base em um microcontrolador LPC1768 de maneira a simular um nó de uma rede sensor sem fios, uma extensa revisão de técnicas do estado-da-arte usadas em dispositivos EH-WSNs é também realizada.
Técnicas de colheita de energia e redes de sensores sem fios demonstram uma ótima simbiose, uma vez que o ambiente típico onde os nós estão dispostos, na maioria das vezes apresentam características não favoráveis à operação e manutenção humana, maioritariamente são localizados em lugares remotos de difícil alcance e com impraticabilidade de operação, isto torna a possibilidade de reciclar as baterias, ou qualquer outra peça de hardware, laboriosa ou até mesmo inexequível, o que requere um extensivo uso de recursos. Com a aplicação de módulos de colheita de energia e algoritmos de otimização, é possível alcançar a condição de operação neutra de energia, tornando os nós em dispositivos autónomos capazes de funcionar durante anos, sem interrupções ou intervenção humana. Algoritmos meta-heurísticos são aplicados nestes cenários, onde uma solução ótima global é necessária para o nó operar sob um esquema energeticamente eficiente, o que torna estes sistemas em completas black-boxes. Ao ter em conta o máximo possível de variáveis físicas relacionadas com o problema, e ao exercer um rigoroso esquema de controlo é possível apontar como saída do sistema um modo ideal de operação, comutando, por exemplo, o ciclo de operação, a variação de tensão e frequência ou até mesmo a inserção de metodologias que decompõem tarefas presentes no processador, em múltiplas tarefas menos complexas. Nesta dissertação um algoritmo de calendarização, baseado na meta-heurística, é estudado, criado e demonstrado, assim como um sistema é arquitetado com base em um microcontrolador LPC1768 de maneira a simular um nó de uma rede sensor sem fios, uma extensa revisão de técnicas do estado-da-arte usadas em dispositivos EH-WSNs é também realizada.
Description
Keywords
Ciclo de
Operação Colheita de Energia Decomposição de Tarefas Meta-Heurística Redes Sensores Sem Fio Variação de Tensão e Frequência