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Previous issue date: 2017-12-15 / Esta dissertação descreve o protótipo de um transceptor banda estreita (narrowband -
NB) hybrid power line communication (PLC)/Wireless (NB hybrid PLC/Wireless), o qual
utiliza a rede de energia elétrica e o ar, em paralelo, para transmissão de dados, visando
aplicações de redes inteligentes (smart grid - SG) e Internet das Coisas (Internet of Things
- IoT). Nesse protótipo é introduzida uma versão aprimorada e adaptada do padrão IEEE
1901.2, contemplando a subcamada de controle de acesso ao meio (medium access control -
MAC) e da camada física (physical - PHY) para transmissão de dados por ambos os meios
de comunicação. O aprimoramento é baseado no uso da transformada de Hilbert para a
recuperação da informação em quadratura em ambos os canais, possibilitando a estimação
do desvio de frequência entre os clocks do transmissor e do receptor. Uma das adaptações
no padrão IEEE 1901.2 é a introdução do protocolo de roteamento, o qual possibilita o
transceptor a se comunicar com nós a dois ou mais saltos de distância entre eles. A outra
adaptação é a implementação de uma técnica de correção de pacotes com erro a nível de
camada de enlace, a qual combina os pacotes com erros recebidos pelas interfaces PLC
e/ou wireless e corrige-os, dentro de uma certa capacidade. Importante ressaltar que o
transceptor NB hybrid PLC/Wireless é capaz de interoperar com o transceptor NB PLC
baseados no padrão IEEE 1901.2. O protótipo do transceptor NB hybrid PLC/Wireless é
implementado usando um dispositivo field-programmable gate array (FPGA) usando uma
linguagem descritiva de hardware (hardware description language - HDL), buscando-se a
economia de recursos de hardware. Os resultados numéricos discutem o tempo necessário
para execução da técnica de correção de pacotes com erros, levando em consideração as
restrições de tempo do padrão IEEE 1901.2. Além disso, uma análise de taxa de dados
na camada PHY mostra que a implementação está de acordo com o padrão IEEE 1901.2
e pode perfeitamente satisfazer as necessidades de aplicações para SG e IoT. Ademais, a
análise do uso de recursos de hardware e do consumo de energia mostram que o protótipo
do transceptor NB hybrid PLC/Wireless demanda menos que uma vez e meia os recursos
de hardware e o consumo de energia do protótipo do transceptor NB PLC. / This thesis focuses on a prototype of the so-called narrowband (NB) hybrid power line
communication (PLC)/Wireless transceiver, which jointly uses power line and wireless
channels, in parallel, for data communication related to smart grid (SG) and Internet
of Things (IoT) applications. To build the prototype, it is introduced an enhanced
and adapted version of the IEEE 1901.2 Standard to implement the medium access control
(MAC) sublayer and the physical (PHY) layer to transmit data through both channels.
The enhancement is based on the use of the Hilbert transform to recover the quadrature
information from both channels, enabling to estimate the frequency deviation between
the transmitter and receiver’s clocks. One adaptation in the IEEE 1901.2 Standard is
the introduction of a routing protocol, which enables the transceivers to communication
with nodes two hops or farther from each other. The other adaptation is the implementation
of a packet error correction technique at the link layer level, which combines packets
with errors received from PLC and wireless media and correct them, under certain constraint.
Moreover, relevant is the fact that the NB hybrid PLC/Wireless transceiver is
compatible with the NB PLC transceiver based on the IEEE 1901.2 Standard. The NB
hybrid PLC/Wireless transceiver prototype is implemented in a field-programmable gate
array (FPGA) device and details about the implementation, using a hardware description
language (HDL), are provided, highlighting the pursuit of hardware resource savings. Numeric
results discuss the time analysis of the packet error correction technique, calculating
its maximum capacity of correction taking into account the IEEE 1901.2 Standard time
constraints. Furthermore, a PHY layer data-rate analysis shows that the implementation
agree with the IEEE 1901.2 Standard and can perfectly satisfy the needs of SG and IoT
applications. In addition, the hardware resource usage and power consumption analysis
show that the NB hybrid PLC/Wireless transceiver prototype demands less than one
and a half times the hardware resource usage and power consumption of the NB PLC
transceiver prototype.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/6494 |
| Date | 15 December 2017 |
| Creators | Costa, Vinícius Lagrota Rodrigues da |
| Contributors | Ribeiro, Moisés Vidal, Medeiros, Álvaro Augusto Machado de, Campos, Marcello Luiz Rodrigues de |
| Publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, UFJF, Brasil, Faculdade de Engenharia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFJF, instname:Universidade Federal de Juiz de Fora, instacron:UFJF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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