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Thèse Année : 2015

Modeling and optimization of energy consumption for power line communication systems

Modélisation et optimisation de la consommation énergétique des systèmes à courants porteurs en ligne

Résumé

In the last few years, the research in the area of green and energy-effcient networking has gained a great interest on the part of network providers and equipment manufacturers. Considering Power Line Communication (PLC), more effort has been made on achieving higher data rates, but the topic of energy effciency has still not been explored very much yet. In this thesis, we focus on the energy effciency of indoor PLC networks. On the one hand, we investigate the power consumption of PLC modems by conducting several experiments and measurements of many commercial modems. Based on the results, we provide a detailed analysis of the power consumption behaviour of PLC modems. Then, we propose measurement-based power models for both Single Input Single Output (SISO) and Multiple Input Multiple Output modems (MIMO) PLC modems. The developed models allow us to quantify the power consumption associated with various communication states and different operation modes of PLC modems. On the other hand, we study the benefits of using relay nodes in PLC networks for energy effciency purpose. We consider half-duplex Decode and Forward (DF) relay systems and explore their performance for two strategies, i.e., when the time allocation between the source and the relay nodes is set uniform and when it is optimized. We propose an iterative algorithm to derive the optimal time allocation for power minimization. Finally, through extensive numerical results based on both measured PLC channels and PLC noise and simulated ones, we show by considering two representative scenarios, that depending on the idle power consumption of PLC modems, signifcant power saving can be achieved by implementing relaying in PLC networks.
Au cours des dernières années, la recherche dans le domaine de l'efficacité énergétique des réseaux de télécommunications a suscité un intérêt grandissant pour les fournisseurs de réseaux et les fabricants d'équipements. Dans les systèmes à Courants Porteurs en Ligne (CPL), les efforts se sont principalement concentrés sur l'augmentation du débit. Cependant, très peu d'attention a été accordée au sujet de l'efficacité énergétique. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur l'amélioration de l'efficacité énergétique des réseaux CPL indoor. D'une part, nous investiguons la consommation énergétique des modems CPL en menant plusieurs expérimentations et mesures sur plusieurs modems commerciaux. En se basant sur les résultats obtenus, nous fournissons une analyse détaillée du comportement énergétique des modems CPL. Ensuite, nous proposons des modèles de consommation électrique pour les systèmes CPL SISO (Single Input Single Output) et MIMO (Multiple Input Multiple Output). Les modèles développés permettent de quantifer la consommation énergie associée à divers états de communication et modes de fonctionnement des modems CPL. D'autre part, nous évaluons l'apport énergétique de l'utilisation des relais dans les réseaux CPL. Nous considérons un système de relais Half-Duplex DF (Decode and Forward) et nous étudions ses performances pour deux stratégies, `a savoir, pour une allocation de temps uniforme et optimale entre la source et le relais. Nous proposons un algorithme itératif pour calculer l'allocation de temps optimale qui minimise la puissance. Enfin, nous montrons par de nombreux résultats numériques, basés à la fois sur des canaux CPL mesurés et simulés, et en considérant deux scénarios représentatifs, qu'en fonction de la puissance consommée par les modems CPL lorsqu'ils sont en mode de veille, une réduction de consommation d'énergie signifcative peut être obtenue par la mise en place de relais dans les réseaux CPL.
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tel-01310380 , version 1 (02-05-2016)

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  • HAL Id : tel-01310380 , version 1

Citer

Wafae Bakkali. Modeling and optimization of energy consumption for power line communication systems . Electric power. Télécom Bretagne, 2015. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01310380⟩
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