Design and analysis of optical wireless communication systems under energy constraints

OWC, iletis ̧im alanında, kablosuz veri iletimi ic ̧in ıs ̧ık dalgalarını kullanır (yani, LEDs veya LDs) ve fiber optiklere kıyasla kapasitesi c ̧ok daha yu ̈ksek ve RF rakipleri tarafından desteklenemeyen bir LOS bag ̆lantısı sunar. Optik spektrumda c ̧alıs ̧tıkları mu ̈dahaleye kars ̧ı bag ̆ıs ̧ıktırlar. Ayrıca, is ̧letim ic ̧in alan veya bag ̆lantı lisansı gerektiren RF bag ̆lantılarına kıyasla OWC iletis ̧im sistemlerinde lisans u ̈creti gerekmemektedir. OWC, FSO ve UOWC gibi alt dalları ic ̧erir. FSO, serbest uzayda kızılo ̈tesi dalga boylarında c ̧alıs ̧an lazer vericilerini kullanır. O ̈zellikle daha hızlı veri hızları, gelis ̧mis ̧ gu ̈venlik ve fiziksel kablolar veya RF ag ̆ları uygun olmayan yu ̈ksek veri gec ̧is ̧i uygula- maları ve senaryoları ic ̧in maliyet etkili bag ̆lantı sunar. UOWC, suda RF ve akustik sinyal- lerin sınırlamalarını ele alarak, deniz uygulamaları ic ̧in gu ̈venilir ve yu ̈ksek hızlı iletis ̧imi kolaylas ̧tırır. OWC sistemlerinde, o ̈zellikle sualtı ve ac ̧ık hava ortamlarında, enerji verimlilig ̆i, sınırlı kapasiteli pillere dayanma gereklilig ̆i nedeniyle kritik bir tasarım kriteri haline gelir ve du ̈zenli s ̧arj veya deg ̆is ̧tirme gerektirir. Bu tez, OWC ic ̧inde enerji verimlilig ̆inin o ̈nemine odaklanır ve o ̈zellikle enerji kaynakları sınırlamalarıyla kars ̧ılas ̧an hava ve sualtı ag ̆larını hedefler. Sualtı ortamlarda, USNs, kirlilik izleme, deniz akıntıları analizi, ekipman kontrolu ̈ is ̧birlig ̆i gerektiren go ̈revler ic ̧in dag ̆ıtılır. Senso ̈r du ̈g ̆u ̈mleri deniz c ̧evresine yayılmıs ̧tır ve veri genellikle bir kapı du ̈g ̆u ̈mu ̈nde toplanır, genellikle bir batık veya destek gemisidir. Veri iletimi tek atlamalı veya c ̧oklu atlamalı rotalar aracılıg ̆ıyla gerc ̧ekles ̧ebilir ve c ̧oklu atlamalı iletimler, bireysel du ̈g ̆u ̈m arızalarından kaynaklanan kesinti riskini tas ̧ır. C ̧oklu atlamalı veri iletimi durumunda, senso ̈r du ̈g ̆u ̈mleri veri aktarma ve yo ̈nlendirme ic ̧in enerji tu ̈ketir. Bu sorunu ele almak ic ̧in tez, veri iletimi gereksinimini ortadan kaldıran AUVs kullanımını o ̈nerir ve enerji tu ̈ketimini azaltır. AUV'lerin her bir senso ̈r du ̈g ̆u ̈mu ̈ne yakınlıg ̆ı ayrıca kendi veri iletimleri ic ̧in gereken enerjiyi azaltır. Ancak, AUVs, veri iletiminde gecikme ve yu ̈ksek enerji tu ̈ketimi gibi zorluklarla kars ̧ılas ̧ır. Tez, USNs ic ̧inde AUV destekli veri toplama ic ̧in verimli rotaların uygulanmasını aras ̧tırır. Ayrıca, sualtı ortamlarında enerji verimlilig ̆ini daha da artırmak ic ̧in gu ̈nes ̧ enerjisiyle c ̧alıs ̧an AUVs tanıtır. Gu ̈nes ̧ panellerini entegre ederek, AUVs, daha uzun dayanıklılık, maliyet etkili is ̧letmeler ve c ̧evre dostu c ̧o ̈zu ̈mler elde eder. Gu ̈nes ̧ten enerji toplamanın mu ̈mku ̈n oldug ̆u farklı cog ̆rafi konumlar, yılın farklı gu ̈nleri, gu ̈nde farklı saatlerde ve saf deniz, temiz su, sahil suyu, liman suyu gibi farklı su tu ̈rlerinde modellenir. Aras ̧tırma, gu ̈ndu ̈zleri pilları s ̧arj etme ve geceleri anket yapma zorlug ̆unu ele alır ve enerji toplama ve anket verimini en fazla artıran en uygun 3D rotayı sunar. Ac ̧ık hava ortamlarında, UAVs, iletis ̧im ag ̆ları ic ̧in c ̧ok yo ̈nlu ̈ ve maliyet etkili c ̧o ̈zu ̈mler sunar. Geribag ̆lantıbag ̆lantısıic ̧insabitkanatlıUAVsvedo ̈nerkanatlıUAVs'lerinher ikisini de aras ̧tırır ve o ̈zellikle gu ̈nes ̧ enerjisiyle c ̧alıs ̧an UAVs'ler kullanarak enerji ver- imlilig ̆i sag ̆layan yaklas ̧ımlara vurgu yapar. O ̈zellikle, gu ̈nes ̧ enerjisiyle c ̧alıs ̧an do ̈ner kanatlı UAVs'ler, hu ̈cresel ag ̆larda verimli geri bag ̆lantı sag ̆lama potansiyelini aras ̧tırır ve FSO teknolojisini kullanır. Tez, enerji toplama ve tu ̈ketimi arasında denge sag ̆lamayı amac ̧layan bir yu ̈kseklik optimizasyon sorununu tanıtır. Ayrıca, bu platformların enerji toplama ve tu ̈ketim yo ̈nlerini analiz eden bir deg ̆erlendirmeyi ic ̧erir. Ayrıca, havadaki ag ̆ların enerji verimlilig ̆ini artırmak ic ̧in, UAVs/ HAPs kablosuz olarak s ̧arjetmekic ̧inlazerenerjisiiletimio ̈nerilir. Buteknoloji,yu ̈ksekverimlilig ̆iveuzun mesafelere enerji iletim yeteneg ̆ini kullanması nedeniyle dikkat c ̧ekmektedir. Bu, gu ̈c ̧lu ̈ lazer ıs ̧ınlarını, lazer enerjisini elektrig ̆e do ̈nu ̈s ̧tu ̈ren bir fotovoltaik hu ̈cre ile donatılmıs ̧ bir alıcıya kablosuz olarak iletmek anlamına gelir. OWC bag ̆lantılarının enerji verimlilig ̆ini artırmak ic ̧in SLIPT kullanılabilir. SLIPT, hem gu ̈c ̧ hem de veri transferini aynı anda kablosuz olarak iletmek ic ̧in ıs ̧ık yog ̆unlug ̆unu kullanır. Gu ̈c ̧ ve veri transferini aynı OWC bag ̆lantısında birles ̧tirerek, SLIPT, geri bag ̆lantı bag ̆lantısının performansını ve o ̈mru ̈nu ̈ artırma potansiyeline sahiptir.