Otimização do consumo de energia em uma rede de satélites de baixa órbita em cenários de alta vazão
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Data de Publicação: | 2021 |
Outros Autores: | |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFAM |
Texto Completo: | https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/8509 |
Resumo: | A constelação de satélites da Órbita Baixa da Terra (LEO Low Earth Orbit), quando expostos ao sol, utiliza a energia solar para operação, processamento e comunicação, e com a energia excedente carregam suas baterias. Entretanto, quando os satélites estão em área sem incidência de luz solar, chamadas de áreas de eclipse, operam utilizando apenas a energia de suas baterias. As baterias possuem limitação na quantidade de recarga/descarga, também conhecido como ciclo de profundidade de descarga (DOD Deep of Discharge) de forma que isso restringe a vida útil das próprias baterias e também dos satélites. Neste trabalho, propomos dois diferentes métodos para o roteamento de pacotes em redes de satélites LEO, que otimizam o tráfego a fim de reduzir o DOD dos satélites. A métrica ECARs (Energy and Capacity Aware Routing) foi adaptada através dos métodos ERU (Energy Routing prUning Roteamento com Poda para Eficiência Energética) DOD e ERA (Energy Routing penAlty Roteamento com Penalização para Eficiência Energética) DOD os quais poda e penaliza, respectivamente, os enlaces cujos satélites alcançaram certo limiar mínimo de carga das baterias. A partir dos métodos propostos, evitamos o descarregamento em excesso da bateria dos satélites e, assim, aumentamos a vida útil. Os resultados das simulações mostram que comparados com a métrica ECARs, os métodos ERU DOD e ERA DOD podem aumentar a vida útil da bateria dos satélites em até 133% e 10%, respectivamente. Além disso, a energia residual média obteve um ganho maior que 110% e 29%, com os métodos ERU DOD e ERA DOD, respectivamente. |
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Otimização do consumo de energia em uma rede de satélites de baixa órbita em cenários de alta vazãoLow Earth OrbitProfundidade de descargaEficiência EnergéticaComunicação satelitalAlgoritmo DijkstraENGENHARIASSatélites LEOEclipseVida ÚtilBateriaRoteamentoEnergiaDODA constelação de satélites da Órbita Baixa da Terra (LEO Low Earth Orbit), quando expostos ao sol, utiliza a energia solar para operação, processamento e comunicação, e com a energia excedente carregam suas baterias. Entretanto, quando os satélites estão em área sem incidência de luz solar, chamadas de áreas de eclipse, operam utilizando apenas a energia de suas baterias. As baterias possuem limitação na quantidade de recarga/descarga, também conhecido como ciclo de profundidade de descarga (DOD Deep of Discharge) de forma que isso restringe a vida útil das próprias baterias e também dos satélites. Neste trabalho, propomos dois diferentes métodos para o roteamento de pacotes em redes de satélites LEO, que otimizam o tráfego a fim de reduzir o DOD dos satélites. A métrica ECARs (Energy and Capacity Aware Routing) foi adaptada através dos métodos ERU (Energy Routing prUning Roteamento com Poda para Eficiência Energética) DOD e ERA (Energy Routing penAlty Roteamento com Penalização para Eficiência Energética) DOD os quais poda e penaliza, respectivamente, os enlaces cujos satélites alcançaram certo limiar mínimo de carga das baterias. A partir dos métodos propostos, evitamos o descarregamento em excesso da bateria dos satélites e, assim, aumentamos a vida útil. Os resultados das simulações mostram que comparados com a métrica ECARs, os métodos ERU DOD e ERA DOD podem aumentar a vida útil da bateria dos satélites em até 133% e 10%, respectivamente. Além disso, a energia residual média obteve um ganho maior que 110% e 29%, com os métodos ERU DOD e ERA DOD, respectivamente.Low Earth Orbit (LEO) satellites, when exposed to the sun, use solar energy for operation, processing, and communication, and with excess energy they charge their batteries. However, when satellites are in an area with no sunlight, called eclipse areas, they operate using only their battery power. The batteries have limitations on the amount of recharges/discharges, also known as the depth of discharge (DOD) cycle. Therefore, this restricts the useful life of the batteries themselves and also of the satellites. In this work, we propose two different efficient routing methods for LEO satellite networks, which optimize traffic in order to reduce the DOD of satellites. The Energy and Capacity Aware Routing (ECARs) metric was improved, by adding the Energy Routing prUning ( DOD and Energy Routing penAlty ( DOD methods. These proposed methods prune and penalize, respectively, the links whose satellites have reached a certain minimum battery charge threshold. With this procedure, we avoid over discharging the satellites’ battery, and thus, the lifetime is extended. Simulations results show that comparing our ERU DOD and ERA DOD proposals with the ECARs proposal, ERU DOD and ERA DOD can increase the satellites’ batteries lifetime by more than 113% and 10%, respectively. Moreover, the average residual energy obtained resulted in gains greater than 110% and 29%, respectively.Universidade Federal do AmazonasFaculdade de TecnologiaBrasilUFAMPrograma de Pós-graduação em Engenharia ElétricaCarvalho, Celso Barbosahttp://lattes.cnpq.br/8269546823033896Mota, Edjair de Souzahttp://lattes.cnpq.br/5771638576099195Xavier, Clahildek Matoshttp://lattes.cnpq.br/6870670168555921Macambira, Renata do Nascimento Motahttp://lattes.cnpq.br/85661411901415042021-10-27T14:53:29Z2021-09-24info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfMACAMBIRA, Renata do Nascimento Mota. Otimização do Consumo de Energia em uma Rede de Satélites de Baixa Órbita em Cenários de Alta Vazão. 2021. 101 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2021.https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/8509porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFAMinstname:Universidade Federal do Amazonas (UFAM)instacron:UFAM2021-10-28T05:03:33Zoai:https://tede.ufam.edu.br/handle/:tede/8509Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://200.129.163.131:8080/PUBhttp://200.129.163.131:8080/oai/requestddbc@ufam.edu.br||ddbc@ufam.edu.bropendoar:65922021-10-28T05:03:33Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFAM - Universidade Federal do Amazonas (UFAM)false |
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