Energy and data cooperation in energy harvesting multiple access channels

Abstract

A typical wireless device is limited by its nite battery, and energy limitation is as a critical bottleneck on wireless network performance. In addition to the EM radiation caused by high power wireless devices, the batteries used in those devices need to be recharged frequently, causing fast depletion of earth's resources; and are discarded after a while, causing environmental pollution. Moreover, in some scenarios, such as sensor networks deployed in rural areas, it is simply not feasible to replace the batteries of the wireless nodes, hence using nodes which can replenish their energy is of paramount importance in prolonging the network lifetime. As a result, the concept of green communication and the idea of designing communication protocols based on energy harvesting constraints of individual nodes 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 two user cooperative multiple access channel with and without battery limitations. We characterize, and optimize the departure region for a two user multiple access channel, under six di erent models, with varying levels of cooperation and energy storage capabilities. We aim to nd the optimum energy management policies of the transmitters to maximize the achievable departure region over a fi nite transmission duration.

Tipik bir kablosuz cihaz halen pilinin kapasitesi ile limitlidir, ve enerji kısıtlı kablosuz ağ performansı üzerinde kritik bir dar boğaz teşkil eder. Yüksek güç kullanan kablosuz cihazların sebep olduğu elektromanyetik radyasyonun yanında, bu cihazların sıklıkla şarj edilmesi ya da değişmesi gereken bataryalar, hem yeryüzü kaynaklarının hızla tükenmesine, hem de atıldıklarında çevrenin kirlenmesine sebep olmaktadır. Dahası, kırsal alanlarda faaliyet gösteren duyarga ağlar gibi senaryolarda, duyarga düğümlerinin pillerinin değişmesi makul değildir, bu nedenle kendi enerjilerini doğadan temin edebilen düğümlerin kullanılması, ağ ömrünün uzaması için kilit rol oynamaktadır. Bunların sonucunda, yeşil haberleşme kavram, takiben de haberleşme protokollerinin düğümlerin enerji hasadı kısıtlarını gözetecek şekilde yeniden tasarlanması fikri ortaya çıkmış ve hızla ilgi görmüştür. Son yıllarda, noktadan noktaya, tümegönderim, çoklu erişim, aktarım, karışım kanal modelleri enerji hasadı çerçevesinde baştan ele alınmıştır. Bu projede enerji hasat eden bir çoklu erişim kanalı (genellenmiş geribeslemeli çoklu erişim kanalı ) modeli ele alınmıştır. Çoklu erişim kanalını altı farklı model altında inceledik. Her bir sistem modeli için gönderim alanını optimize eden güç dağılımlarını bulduk.