Simulação do protocolo MAC ALOHA NOMA aplicado a rede de sensores IoT com tecnologia SWIPT integrada

Abstract

A Internet das Coisas possui vastas possibilidades de aplicações no cotidiano, de telecomunicações a cidades inteligentes, agricultura, automação industrial, dentre outros. Com a ascensão do 5G, a sua popularidade explodiu ainda mais e espera-se que estes dispositivos alcancem a marca de 29,3 bilhões, em 2023. Além da aceitação popular à tecnologia, este aumento quantitativo ocorre também pelo número, crescente, de dispositivos individuais integrados a uma única solução. O abastecimento energético de dispositivos IoT, devido a este aumento, torna-se um desafio, pois são usualmente equipamentos sem fio alimentados por bateria. Gerenciar a manutenção e troca dessas baterias, para redes cada vez maiores, é uma tarefa complexa. Além disso, um volume tão grande de aparelhos compartilhando um espectro escasso pede por novas abordagens a nível de protocolo de comunicação e alocação de recursos de canal, de forma que consigam atender a todos satisfatoriamente. Uma solução para aumentar a vida útil das baterias é a integração de técnicas de SWIPT aos equipamentos. Esta integração também traz consigo exigências em relação aos protocolos de comunicação empregados, que precisam ser energeticamente eficientes. A alternativa proposta para sanar as questões explicitadas referentes à comunicação é a utilização do protocolo híbrido de controle de acesso ao meio ALOHA NOMA, o qual foi simulado no presente trabalho. Esta técnica reúne a simplicidade do protocolo ALOHA e utiliza o protocolo NOMA em conjunto, de forma a diminuir o número de colisões de pacotes de dados. O documento conta com uma breve explicação a respeito dos conceitos necessários para o desenvolvimento do protocolo, bem como simulações da modulação dos sinais ao início do processo de transmissão, simulações do protocolo ALOHA em seus três cenários passíveis de ocorrer e um sistema de cancelamento sucessivo de interferências (SIC), necessário para a resolução das colisões de pacotes. A modulação proposta foi a ASK, utilizando onda quadrada como entrada de dado. Foi possível realizar, para a porção ALOHA, a simulação dos três cenários passíveis de ocorrer. São eles o caso de o pacote ser decodificado na primeira tentativa, o de o pacote não ser decodificado na primeira tentativa e a eventualidade de o pacote não ser decodificado. O SIC obtido é capaz de decodificar até três sinais que possuam níveis de potência distintos e apresenta imperfeições em seu cancelamento originárias da banda de transição selecionada para os filtros inseridos no processo, que não pôde ser aperfeiçoada em virtude de limitações computacionais.