Otimização do consumo energético em sistemas de controle sem fio através de controle preditivo e redundância incremental
Wireless networked control systems are an integral part of the new usage scenarios considered for the fifth generation of mobile networks (5G) which, in addition to surpassing previous generations in data rate and capacity, aim to address them. They are present in applications such as V2X communicat...
| Autor principal: | Iaremczuk, Ana Lucia Vieira |
|---|---|
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2021
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24285 |
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riut-1-242852021-02-19T06:10:28Z Otimização do consumo energético em sistemas de controle sem fio através de controle preditivo e redundância incremental Optimization of energy consumption in wireless control systems through predictive control and incremental redundancy Iaremczuk, Ana Lucia Vieira Moritz, Guilherme Luiz https://orcid.org/0000-0003-3628-2321 http://lattes.cnpq.br/0736175449254807 Peron, Guilherme de Santi https://orcid.org/0000-0001-5794-0237 http://lattes.cnpq.br/7845448730478685 Moritz, Guilherme Luiz https://orcid.org/0000-0003-3628-2321 http://lattes.cnpq.br/0736175449254807 Souza, Richard Demo https://orcid.org/0000-0002-7389-6245 http://lattes.cnpq.br/6825512654223870 Sistemas de energia elétrica - Controle Redes locais sem fio Controle preditivo Energia elétrica - Consumo Electric power systems - Control Wireless LANs Predictive control Electric power consumption CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA::MEDICAO, CONTROLE, CORRECAO E PROTECAO DE SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA Engenharia Elétrica Wireless networked control systems are an integral part of the new usage scenarios considered for the fifth generation of mobile networks (5G) which, in addition to surpassing previous generations in data rate and capacity, aim to address them. They are present in applications such as V2X communication and Industry 4.0, for example, using realtime control, which implies strict latency and reliability requirements for communication. In this type of system, the most common form of communication between devices occurs through short packages, requiring specific mathematical models for an appropriate project. Additionally, control and communication cannot be considered individually, as there are variables that influence both concurrently. The co-design benefits for meeting the URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communication) requirements have already been demonstrated by improving resource utilization while increasing information traffic through the use of PPC (Packetized Predictive Control). This is an extremely important factor, considering that in the context of wireless systems, it is common for the elements to be powered by batteries. The consumption is further reduced when HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest) is applied, and a retransmission of the message is provided in case of an outage event. In this work, both techniques are applied, whereas supporting short packets communication, to obtain an optimum number of retransmissions and predictive control commands, aiming for better energy efficiency. The results show that by performing an appropriate choice of these parameters, it is possible to optimize consumption. Also, depending on the latency restrictions of the system, the use of PPC may not be interesting, being HARQ alone a better alternative. Os sistemas de controle via rede sem fio são parte integrante dos novos cenários de utilização considerados para a quinta geração de redes móveis (5G) que, além de superar as gerações anteriores em taxa de dados e capacidade, tem o objetivo de endereçá-los. Eles estão presentes em aplicações como a comunicação V2X e a Indústria 4.0, por exemplo, que utilizam controle em tempo real, o que implica em rigorosos requisitos de latência e confiabilidade da comunicação. Neste tipo de sistema, a forma mais comum de comunicação entre os dispositivos ocorre através de pacotes curtos, demandando um equacionamento específico para um projeto adequado. Ainda, controle e comunicação não podem ser considerados individualmente, pois existem variáveis que exercem influência sobre ambos concomitantemente. Os benefícios da concepção conjunta para atender aos seus requisitos de URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communication) já foram demonstrados ao se melhorar o consumo e, ao mesmo, aumentar o tráfego de informação tempo através do uso de controle preditivo em pacotes. Este é um fator de suma importância, considerando que no contexto dos sistemas sem fio, é comum que os elementos sejam alimentados por baterias. O consumo é reduzido ainda mais quando HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest) é aplicado, e uma retransmissão da mensagem é prevista em caso de outage. Neste trabalho, ambas as técnicas serão empregadas, levando em conta a comunicação via pacotes curtos, para a obtenção de um número ótimo de retransmissões e comandos de controle preditivo, buscando uma melhor eficiência energética. Os resultados mostraram que, através de uma escolha adequada destes parâmetros, é possível otimizar o consumo. Ainda, que dependendo das restrições de latência do sistema, o uso de controle preditivo em pacotes pode não ser interessante, sendo o HARQ isoladamente uma melhor alternativa. 2021-02-18T17:03:48Z 2021-02-18T17:03:48Z 2020-12-18 masterThesis IAREMCZUK, Ana Lucia Vieira. Otimização do consumo energético em sistemas de controle sem fio através de controle preditivo e redundância incremental. 2020. Dissertação (Mestrado em Sistemas de Energia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24285 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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Wireless networked control systems are an integral part of the new usage scenarios considered for the fifth generation of mobile networks (5G) which, in addition to surpassing previous generations in data rate and capacity, aim to address them. They are present in applications such as V2X communication and Industry 4.0, for example, using realtime control, which implies strict latency and reliability requirements for communication. In this type of system, the most common form of communication between devices occurs through short packages, requiring specific mathematical models for an appropriate project. Additionally, control and communication cannot be considered individually, as there are variables that influence both concurrently. The co-design benefits for meeting the URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communication) requirements have already been demonstrated by improving resource utilization while increasing information traffic through the use of PPC (Packetized Predictive Control). This is an extremely important factor, considering that in the context of wireless systems, it is common for the elements to be powered by batteries. The consumption is further reduced when HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest) is applied, and a retransmission of the message is provided in case of an outage event. In this work, both techniques are applied, whereas supporting short packets communication, to obtain an optimum number of retransmissions and predictive control commands, aiming for better energy efficiency. The results show that by performing an appropriate choice of these parameters, it is possible to optimize consumption. Also, depending on the latency restrictions of the system, the use of PPC may not be interesting, being HARQ alone a better alternative. |
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IAREMCZUK, Ana Lucia Vieira. Otimização do consumo energético em sistemas de controle sem fio através de controle preditivo e redundância incremental. 2020. Dissertação (Mestrado em Sistemas de Energia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020. |
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