المؤلف
Mahmoodi, Khadijeh Ali
تاريخ النشر
2024
الموضوع
الاتصالات البصرية، أنظمة الاتصالات اللاسلكية، تحويل الطاقة، التصميم والبناء، الهندسة الكهربائية
النوع
وثيقة
اللغة
الإنجليزية
رقمي
نعم
مخطوط
لا
المكتبة
جامعة اوزيجين
رقم السجل
865c43eb-16bd-4d12-8781-fdbc25f56704
موقع المكتبة
قسم الهندسة الكهربائية والإلكترونية
التاريخ
2024
نص عينة
الاتصالات اللاسلكية الضوئية (OWC) هي مجال في الاتصالات يستخدم الموجات الضوئية (أي الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) أو الثنائيات الليزرية (LDs)) لنقل البيانات لاسلكيًا، وتوفر وصلة خط البصر (LOS) بسعة مماثلة للألياف الضوئية وأعلى بكثير من تلك التي يمكن دعمها من خلال نظيراتها من الترددات الراديوية (RF). بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأنها تعمل في الطيف البصري، فهي محصنة ضد التداخل. علاوة على ذلك، وعلى عكس وصلات التردد اللاسلكي التي تتطلب ترخيص المنطقة أو الارتباط للتشغيل، لا توجد رسوم ترخيص مطلوبة في أنظمة اتصالات OWC. تشمل OWC فروعًا فرعية مثل Free Space Optical (FSO) والاتصالات اللاسلكية البصرية تحت الماء (UOWC). يستخدم FSO أجهزة إرسال ليزر تعمل بأطوال موجية للأشعة تحت الحمراء عبر المساحة الحرة. فهو يوفر على وجه التحديد معدلات بيانات أسرع وأمانًا محسنًا واتصالًا فعالاً من حيث التكلفة مناسبًا للتطبيقات والسيناريوهات ذات إنتاجية البيانات العالية حيث تكون الكابلات المادية أو شبكات التردد اللاسلكي غير عملية. تعالج UOWC قيود الترددات اللاسلكية والإشارات الصوتية في الماء، مما يسهل الاتصال الموثوق وعالي السرعة للتطبيقات البحرية. في أنظمة OWC، خاصة في البيئات تحت الماء وفي الهواء الطلق، تصبح كفاءة الطاقة معيارًا حاسمًا للتصميم بسبب الاعتماد على البطاريات ذات السعة المحدودة، مما يتطلب إعادة شحن أو استبدال منتظم ومكلف. تركز هذه الأطروحة على أهمية كفاءة استخدام الطاقة في OWC، وتستهدف على وجه التحديد الشبكات المحمولة جواً وتحت الماء التي تواجه قيودًا على موارد الطاقة. في البيئات تحت الماء، يتم نشر شبكات الاستشعار تحت الماء (USNs) للقيام بمهام تعاونية مثل مراقبة التلوث، وتحليل تيارات المحيط، والتحكم في المعدات، واستكشاف المعادن. وتنتشر عقد الاستشعار في جميع أنحاء البيئة البحرية، ويتم جمع البيانات في عقدة البوابة، وعادة ما تكون عوامة أو سفينة دعم. يمكن أن يتم نقل البيانات من خلال مسارات ذات قفزة واحدة أو متعددة القفزات، حيث تشكل عمليات الإرسال متعددة القفزات خطر حدوث اضطرابات بسبب فشل العقد الفردية. في حالة نقل البيانات متعدد القفزات، تستهلك عقد المستشعر الطاقة لنقل البيانات وتوجيهها. ولمعالجة هذه المشكلة، تقترح الأطروحة استخدام المركبات ذاتية التحكم تحت الماء (AUVs) لجمع البيانات، مما يلغي الحاجة إلى نقل البيانات وتقليل استهلاك الطاقة. كما أن قرب AUV من كل عقدة استشعار يقلل أيضًا من الطاقة المطلوبة لنقل البيانات الخاصة بها. ومع ذلك، تواجه AUVs تحديات مثل الكمون في تسليم البيانات واستهلاك الطاقة العالية. تستكشف الأطروحة تنفيذ مسارات فعالة في جمع البيانات بمساعدة AUV داخل شبكات USN. علاوة على ذلك، تقدم الأطروحة مركبات ذاتية القيادة تعمل بالطاقة الشمسية لتعزيز كفاءة الطاقة في البيئات تحت الماء. من خلال دمج الألواح الشمسية، تحقق مركبات AUV قدرة تحمل أطول وعمليات فعالة من حيث التكلفة وحلول صديقة للبيئة. نقوم بنمذجة حصاد الطاقة من الشمس مع الأخذ في الاعتبار مواقع جغرافية مختلفة، وأيام مختلفة من السنة، وأوقات مختلفة في اليوم على أعماق مختلفة وأنواع مختلفة من المياه بما في ذلك المياه النقية والمياه الصافية والمياه الساحلية ومياه الموانئ لتقييم حصاد الطاقة الممكن من الشمس في البيئات تحت الماء. يتناول البحث التحدي المتمثل في شحن البطاريات أثناء النهار وإجراء المسوحات ليلاً، مما يوفر مسارًا مثاليًا ثلاثي الأبعاد (3D) يزيد من حصاد الطاقة وكفاءة المسح. في البيئات الخارجية، تقدم المركبات الجوية بدون طيار (UAVs) حلولاً متعددة الاستخدامات وفعالة من حيث التكلفة لشبكات الاتصالات. تستكشف هذه الدراسة كلاً من الطائرات بدون طيار ذات الأجنحة الثابتة والطائرات بدون طيار ذات الأجنحة الدوارة للاتصال بالوصلات الخلفية، مع التركيز بشكل خاص على الأساليب الموفرة للطاقة باستخدام الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية. على وجه التحديد، يتم دراسة الطائرات بدون طيار ذات الأجنحة الدوارة التي تعمل بالطاقة الشمسية لمعرفة قدرتها على تمكين التوصيل الفعال في الشبكات الخلوية، والاستفادة من تكنولوجيا FSO. تقدم الأطروحة مشكلة تحسين الارتفاع التي تهدف إلى تحقيق التوازن بين حصاد الطاقة واستهلاكها. بالإضافة إلى ذلك، يتضمن البحث تقييمًا للمنصات عالية الارتفاع (HAPs) وهي نوع محدد من الطائرات بدون طيار ذات الأجنحة الثابتة التي تعمل على ارتفاعات عالية في طبقة الستراتوسفير (17 كم - 20 كم). ويركز التقييم على تحليل جوانب حصاد الطاقة واستهلاكها لهذه المنصات. بالإضافة إلى ذلك، لتعزيز كفاءة استخدام الطاقة في الشبكات المحمولة جواً، يُقترح استخدام شعاع طاقة الليزر لشحن الطائرات بدون طيار/المحطات عالية الطاقة لاسلكيًا. وتحظى هذه التقنية بالاهتمام نظرًا لكفاءتها العالية وقدرتها على نقل الطاقة لمسافات طويلة. ويتضمن استخدام أشعة ليزر قوية لنقل الطاقة إلى جهاز استقبال مزود بخلية كهروضوئية تحول طاقة الليزر إلى كهرباء. بالإضافة إلى ذلك، ومن أجل زيادة تعزيز كفاءة أنظمة OWC، يتم التحقيق في معلومات الموجات الخفيفة ونقل الطاقة (SLIPT) المتزامنة. يستخدم SLIPT كثافة الضوء لنقل الطاقة والبيانات في نفس الوقت. من خلال الجمع بين الطاقة ونقل البيانات في نفس رابط OWC، يتمتع SLIPT بالقدرة على تحسين أداء وعمر رابط التوصيل. Daha yuksek ve ¨ RF rakipleri tarafından desteclenemeyen bir LOS Baglantısı sunar. Optik spektrumda c¸alıs¸tıkları m ˘ udahaleye kars¸ı ¨ Bagıs¸ıktırlar. Ayrıca, is¸letim ic¸in alan veya ba ˘ glanı lisansı gerektiren ˘ RF Baglantılarına ˘ kıyasla OWC iletis¸im sistemlerinde lisansı gerektiren ˘ RF Baglantılarına ˘ kıyasla OWC iletis¸im sistemlerinde lisans gerekmektedir. ¨ OWC وFSO وUOWC يقدمون خدمات أخرى. FSO، serbest uzayda kızılotesi dalga ¨ boylarında c¸alıs¸an lazer vericilerini kullanır. Ozellikle daha hızlı veri hızları, gelis¸mis¸ ¨ guvenlik ve fiziksel kablolar veya ¨ RF agları uygun olmayan y˘ uksek veri gec¸is¸i uygula- ¨ maları ve senaryoları ic¸in maliyet etkili باغلانتي سونار. ˘ UOWC, suda RF ve akustik sinyal lerin sınırlamalarını ele alarak, deniz uygulamaları ic¸in guvenilir ve y ¨ uksek hızlı iletis¸imi ¨ kolaylas¸tırır. يتمتع نظام OWC بمستويات عالية من الطاقة والقوة والفعالية، كما أنه يوفر المزيد من القدرة على العمل من خلال توفير الطاقة والجهد اللازمين. gis¸tirme gerektirir. لكن، ˘ OWC ic¸inde enerji verimliliginin ˘ onemine ¨ odaklanır ve ozellikle kaynakları sınırlamalarıyla kars¸ılas¸an hava ve sualtı a ¨ glarını ˘ hedefler. يتم إجراء تحليلات دقيقة للغاية لـ USNs، وأنظمة الملاحة البحرية، والتحليلات الدقيقة، ويتم التحكم في ekipman من خلال مراقبة البيانات. Sens ˘ or d ¨ u¨g˘umleri deniz c¸evresine yayılmıs¸tır ve ¨ veri genellikle bir kapı du¨g˘um¨ unde toplanır، genellikle bir Batık أو destek Gemisidir. Veri ¨ iletimi tek atlamalı veya c¸oklu atlamalı rotalar aracılıgıyla gerc¸ekles¸ebilir ve c¸oklu atlamalı ˘ iletimler, bireysel du¨g˘um arızalarından kaynaklanan kesinti Riskini tas¸ır. C¸ oklu atlamalı ¨ veri iletimi durumunda, Sensor d ¨ u¨g˘umleri veri aktarma ve y ¨ onlendirme ic¸in enerji t ¨ uketir. ¨ Bu sorunu ele almak ic¸in tez, veri iletimi gereksinimini ortadan kaldıran AUVs kullanımını onerir ve enerji t ¨ uketimini azaltır. ¨ AUV'lerin مستشعرها الصغير d ¨ u¨g˘um¨ une yakınlı ¨ gı ayrıca ˘ kendi veri iletimleri ic¸in gereken enerjiyi azaltır. Ancak, AUVs, veri iletiminde gecikme ve yuksek enerji t ¨ uketimi gibi zorluklarla kars¸ılas¸ır. تيز، ¨ USNs ic¸inde AUV destekli veri toplama ic¸in verimli rotaların uygulanmasını aras¸tırır. Ayrıca, sualtı ortamlarında enerji verimliligini daha da artırmak ic¸in g ˘ unes¸ enerjisiyle ¨ c¸alıs¸an AUVs tanıtır. Gunes¸ Panellerini entegre ederek, ¨ AUVs, daha uzun dayanıklılık, maliyet etkili is¸letmeler ve c¸evre dostu c¸oz¨ umler elde eder. G ¨ unes¸ten enerji toplamanın ¨ mumk ¨ un oldu ¨ gu Farklı co ˘ grafi konumlar, yılın Farklı g ˘ unleri, g ¨ unde Farklı saatlerde ve saf ¨ deniz, temiz su, sahil suyu, liman suyu gibi Farklı su turlerinde modellenir. Aras¸tırma، ¨ gund ¨ uzleri columnı sarj etme ve geceleri anket yapma zorlu ¨ gunu ele alır ve enerji toplama ve ˘ anket verimini en fazla artıran en uygun 3D rotayı sunar. Ac¸ık hava ortamlarında, UAVs, iletis¸im agları ic¸ok y ˘ onl ¨ u ve maliyet etkili c¸ ¨ oz¨ umler ¨ sunar. Geri Baglantı ba ˘ glantısı ic¸in sabit kanatlı ˘ UAVs ve doner kanatlı ¨ UAVs'lerin Her ikisini de aras¸tırır ozellikle g ¨ unes¸ enerjisiyle c¸alıs¸an ¨ UAVs'ler kullanarak enerji ver imliligi sa˘ glayan yaklas¸ımlara vurgu yapar. ˘ Ozellikle, g¨ unes¸ enerjisiyle c¸alıs¸an d ¨ oner ¨ kanatlı UAVs'ler, hucresel a ¨ glarda verimli geri ba ˘ glantı sa ˘ glama Potansiyelini aras¸tırır ˘ ve FSO teknolojisini kullanır. Tez, enerji toplama ve tuketimi arasında denge sa ¨ glamayı ˘ amac¸layan bir yukseklik optimizasyon tanıtır. Ayrıca، bu Platformların enerji ¨ toplama ve tuketim y ¨ onlerini analiz eden bir de ¨ gerlendirmeyi ic¸erir. ˘ Ayrıca، havadaki agların enerji verimlili ˘ gini artırmak ic¸in، ˘ UAVs / HAPs kablosuz olarak s¸arj etmek ic¸in lazer enerjisi iletimi onerilir. لكن التكنولوجيا، التي لا يمكن الاستغناء عنها، توفر المزيد من الطاقة التي لا يمكن الاستغناء عنها. Bu, g ˘ uc¸l ¨ u¨ lazer ıs¸ınlarını, lazer enerjisini elektrige d ˘ on¨ us¸t ¨ uren bir fotovoltaik h ¨ ucre ile donatılmıs¸ bir ¨ alıcıya kablosuz olarak iletmek anlamına gelir. OWC Baglantılarının enerji verimlili ˘ gini artırmak ic¸in ˘ SLIPT kullanılabilir. SLIPT، hem guc¸ hem de veri Transferini aynı anda kablosuz olarak iletmek ic¸in ıs¸ık yo ¨ gunlu ˘ gunu ˘ kullanır. Guc¸ ve veri Transferini aynı ¨ OWC Baglantısında birles¸tirerek, ˘ SLIPT, geri Baglantı Baglantısının Performanceansını ve ˘ omr ¨ u artırma Potansiyeline sahiptir. ¨
