An NS-3 module for simulation of Simultaneous Wireless Information and Power Transfer (SWIPT) over IEEE 802.11 networks

Abstract

No contexto atual de um mundo cada vez mais interconectado, surgem grandes desafios relacionados à demanda energética decorrente das crescentes projeções sobre a utilização de milhares de dispositivos de Internet das Coisas (do Inglês: Internet of Things - IoT). Em resposta, a tecnologia de Transferência Simultânea de Informação e Energia sem Fio (do Inglês: Simultaneous Wireless Information and Power Transfer - SWIPT) apresenta-se como alternativa promissora, em razão do seu potencial para fornecer energia elétrica extraída a partir de sinais eletromagnéticos intencionalmente recebidos. Contudo, a maior parte das pesquisas sobre SWIPT tem concentrado esforços no desenvolvimento de soluções relacionadas à camada física, com pouca atenção voltada à investigação do SWIPT em ambientes de simulação de redes. Diante disso, a presente pesquisa tem como objetivo principal o desenvolvimento de um módulo de SWIPT, utilizando a técnica de divisão de potência, sobre a plataforma do Simulador de Redes 3 (do Inglês: Network Simulator 3, NS-3), de modo a promover simulações do SWIPT em redes IEEE 802.11. Assim, nas páginas a seguir, discorrem-se sobre os fundamentos teóricos que subsidiam o tema desta pesquisa, incluindo-se conceitos sobre SWIPT, IEEE 802.11ah e NS-3. Em seguida, relatam-se os resultados de uma extensa pesquisa realizada para avaliar o estado atual do conhecimento científico sobre a simulação do SWIPT em plataformas computacionais. Após isso, apontam-se os aspectos conceituais aplicados ao desenvolvimento do módulo SWIPT. Adiante, passa-se a expor o detalhamento referente à implementação do módulo SWIPT no NS-3, incluindo as principais classes e outras dependências relevantes. Subsequentemente, apresentam-se os resultados das métricas de relação sinal-ruído e interferência (SNIR), vazão, perda de quadros, potência total coletada, energia total coletada e sustentabilidade energética, obtidos a partir de simulações realizadas em cenários de enlace único e de rede. Por fim, exprimem-se as conclusões sobre os resultados alcançados e delineiam-se as futuras direções a serem exploradas para a evolução da investigação sobre o tema.