Energy and data cooperation in energy harvesting multiple access channels

Abstract

Tipik bir kablosuz cihaz halen pilinin kapasitesi ile limitlidir, ve enerji kısıtlılığıkablosuz ağ performans üzerinde kritik bir dar boğaz teşkil eder. Yüksek güçkullanan kablosuz cihazların sebep olduğu elektromanyetik radyasyonun yanında,bu cihazların sıklıkla şarj edilmesi ya da değişmesi gereken bataryalar, hemyeryüzü kaynaklarnın hızla tükenmesine, hem de atıldıklarında çevrenin kirlenmesinesebep olmaktadır. Dahası, kırsal alanlarda faaliyet gösteren duyarga ağlargibi senaryolarda, duyarga düğümlerinin pillerinin değişmesi makul değildir, bunedenle kendi enerjilerini doğadan temin edebilen düğümlerin kullanlması, ağömrünün uzaması icin kilit rol oynamaktadır. Bunların sonucunda, yesil haberleşmekavram, takiben de haberlesme protokollerinin düğümlerinin enerji hasad kısıtlarınıgözetecek şekilde yeniden tasarlanması fikri ortaya çıkmış, ve hızla ilgi görmüştür.Son yıllarda, noktadan noktaya, tümegönderim, çoklu erişim, aktarım, karışımkanal modelleri enerji hasad çerçevesinde baştan ele alınmıstr.Bu projede enerji hasat eden bir çoklu erişim kanal (genellenmiş geribeslemeliçoklu erişim kanal) modeli ele alınmıştır. Çoklu erisim kanalını alt farklı modelaltında inceledik. Her bir sistem modeli icin gönderim alanını optimize eden güçdağılımlarını bulduk.

A typical wireless device is limited by its finite battery, and energy limitationis as a critical bottleneck on wireless network performance. In addition to theEM radiation caused by high power wireless devices, the batteries used in thosedevices need to be recharged frequently, causing fast depletion of earth's resources;and are discarded after a while, causing environmental pollution. Moreover, insome scenarios, such as sensor networks deployed in rural areas, it is simply notfeasible to replace the batteries of the wireless nodes, hence using nodes whichcan replenish their energy is of paramount importance in prolonging the networklifetime. As a result, the concept of green communication and the idea of designingcommunication protocols based on energy harvesting constraints of individualnodes have recently received tremendous attention. With this motivation in mind,this thesis is devoted to designing cooperation and transmit scheduling techniquesfor networks powered soleley by harvested energy.We study energy cooperation in a two user multiple access channel and a twouser cooperative multiple access channel with and without battery limitations.We characterize, and optimize the departure region for a two user multiple accesschannel, under six different models, with varying levels of cooperation and energystorage capabilities. We aim to find the optimum energy management policiesof the transmitters to maximize the achievable departure region over a finitetransmission duration.