Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Mahdavi
مهدی مهدوی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zinat Behdad
زینت بهداد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Performance analysis of wireless cooperative communication networks with RF energy harvesting capability
Quality of service provisioning as well as limited energy of nodes, are two challenging issues in the performance enhancement of wireless communication networks. In this way, cooperative communication networks with RF energy harvesting capability which are interesting to researchers are proposed respectively to address such issues. The proposed protocols in such networks are mainly based on power splitting (PS) and time switching (TS) protocols that are usually suitable for the networks with no source-destination direct link. It should be noted that the relay traffic impacts on the relay as well as network performance. Most studies in such networks focus on the throughput maximization whereas other performance metrics such as network lifetime and packet delay have received less attention. To the best of our knowledge, the effect of both source-relay direct link and the relay traffic on lifetime and packet delays are not addressed simultaneously. Considering such issues, in this thesis a new policy is proposed for the relay in a cooperative communication network with RF energy harvesting capability. The proposed policy is evaluated in a three-node cooperative network under three scenarios in terms of source node energy constraint. It is assumed that in the first scenario the source node has unlimited energy. However, in both second and third scenarios the source node has limited energy where in the third one the source node has also the capability of energy harvesting from the relay signal. First, by modeling of the system based on Markov chains, data transmission probability of both source and relay nodes are calculated. Next the network effective lifetime is introduced and its average value is derived from a new analytical method based on discrete phase-type distribution model and also a simple proposed analytical method. The simulation results show good accuracy of both proposed analytical methods. In the following to find the optimum relay policy, the effect of energy harvesting probability on the average network effective lifetime as well as packet delay of source and relay nodes is investigated. The effect of other parameters such as the nodes initial energy and data buffer capacity on the network performance is evaluated too. Finally, it is shown that the proposed policy outperforms TS and PS protocols in the third scenario. Key words_ RF Energy harvesting , energy harvesting probability, Markov chain, discrete phase-type distribution model, cooperative communication.
تضمین کیفیت سرویس و تأمین انرژی گره‌ها به عنوان دو مسئله‌ی چالش برانگیز در ارتقای عملکرد شبکه‌های مخابرات بی‌سیم مطرح می‌باشند. در این بین، فناوری‌های مخابرات همکارانه با قابلیت برداشت انرژی RF به منظور غلبه بر این مسائل مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. پروتکل‌های ارائه شده در این شبکه‌ها، عمدتاً مبتنی بر دو پروتکل تقسیم توان و سوئیچینگ زمانی هستند و معمولاً برای شبکه‌هایی که در آنها ارتباط مستقیم بین گره‌های منبع و مقصد وجود ندارد، مناسب می‌باشند. باید توجه داشت که وجود ترافیک رله بر عملکرد این گره و در نتیجه کل شبکه تأثیر می‌گذارد. اکثر مطالعات در چنین شبکه‌هایی، بر روی افزایش گذردهی شبکه می‌باشد و سایر معیارهای ارزیابی عملکرد نظیر طول عمر و تأخیر بسته‌ها کمتر مورد توجه قرار گرفته است. براساس بررسی‌های انجام شده، تا کنون به مسائل وجود ترافیک رله و ارتباط مستقیم بین منبع و رله و تأثیر آنها بر روی طول عمر شبکه و تأخیر بسته‌ها به صورت همزمان پرداخته نشده است. در این پایان‌نامه با در نظر گرفتن موارد ذکر شده، سیاست جدیدی برای رله در شبکه‌های مخابرات همکارانه‌ی بی‌سیم با قابلیت برداشت انرژی RF ارائه شده است. در سیاست پیشنهادی رله با استفاده از پارامتری به نام احتمال برداشت انرژی درمورد دریافت اطلاعات یا برداشت انرژی از سیگنال منبع تصمیم می‌گیرد. عملکرد سیاست پیشنهادی در یک شبکه‌ی همکارانه‌ی سه گرهی تحت سه چیدمان مختلف از نظر محدودیت انرژی گره منبع بررسی شده است. فرض می‌شود در چیدمان اول منبع دارای انرژی نامحدود است. اما در چیدمان‌های دوم و سوم انرژی منبع محدود می‌باشد، با این تفاوت که در چیدمان سوم منبع قابلیت برداشت انرژی از سیگنال رله را نیز داراست. ابتدا بر اساس مدل‌سازی سیستم با استفاده از زنجیره های مارکوفی، احتمال ارسال داده گره‌های منبع و رله محاسبه شده‌اند. سپس طول عمر مؤثر شبکه معرفی و مقدار متوسط آن از روش تحلیلی جدید مبتنی بر مدل توزیع نوع فاز گسسته و همچنین یک روش پیشنهادی تحلیلی ساده بدست آمده است. نتایج شبیه‌سازی حاکی از آن است که روش‌های تحلیلی ارائه شده از دقت خوبی برخوردار هستند. در ادامه به منظور یافتن سیاست بهینه‌ی رله، تأثیر پارامتر احتمال برداشت انرژی بر روی متوسط طول عمر مؤثر شبکه و تأخیر بسته‌های منبع و رله بررسی شده است. همچنین تأثیر سایر پارامترها از قبیل انرژی اولیه‌ی گره‌ها و ظرفیت صف‌های داده بر روی عملکرد شبکه ارزیابی شده است. در پایان نشان داده شده است که سیاست پیشنهادی نسبت به دو پروتکل تقسیم توان و سوئیچینگ زمانی در چیدمان سوم بهتر عمل می‌کند. کلمات کلیدی: احتمال برداشت انرژی، برداشت انرژی RF، زنجیره‌ی مارکوف، مدل توزیع نوع فاز گسسته، مخابرات همکارانه.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی