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https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/62610
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Campo DC | Valor | Lengua/Idioma |
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dc.contributor.advisor | BALIEIRO, Andson Marreiros | - |
dc.contributor.author | LAGES, Diogo de Lima | - |
dc.date.accessioned | 2025-04-25T16:24:32Z | - |
dc.date.available | 2025-04-25T16:24:32Z | - |
dc.date.issued | 2024-06-28 | - |
dc.identifier.citation | LAGES, Diogo de Lima. A Colored Petri Net - based model for Internet of Things networks. 2024. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/62610 | - |
dc.description.abstract | The Internet of Things (IoT) has been a significant driver of transformation in the global economy, with an estimated impact of up to US$ 12.6 trillion by 2030. By 2025, it is projected that more than 5 billion devices will adopt 5G LTE Narrowband Internet of Things (NB-IoT) technology. IoT networks are characterized by their heterogeneity in hardware and software, requiring runtime adaptation with minimal human intervention. However, IoT devices typically operate under constrained power supplies, necessitating efficient energy management strategies, even when energy harvesting devices are employed to extend their lifespan and ensure energy-neutral operation (ENO). Transceivers play a crucial role in IoT devices, known for their significant power demands. Channel impairments and small buffers in transceivers can contribute to increased energy consumption, particularly due to retransmissions. Furthermore, transceivers lacking packet filtering mechanisms and checksum capabilities require additional CPU processing to handle corrupted or irrelevant packets. Additionally, the microcontroller unit (MCU) is another power-intensive component in IoT devices, with multiple power states and input supply pins, that must be considered in the analysis of IoT networks. Achieving a balance between performance and energy consumption presents a significant challenge in IoT networks. Therefore, the development of solutions that enable proper dimensioning, configuration, and analysis of IoT networks prior to deployment is crucial for their success. In this respect, this thesis presents a Colored Petri Net (CPN)-based model for IoT networks. It allows evaluating network nodes individually, considering CPUs from different technologies, with several power states, multiple input supply pins, multiple transceivers, capacitor or battery-oriented devices as power supplies, energy harvesting devices, and non-ideal channels. The model encompasses metrics such as throughput, network lifetime, expected number of depleted nodes, expected number of nodes employing low power mode mechanisms, expected number of nodes that fails while transmitting, expected number of nodes transmitting simultaneously, availability, mean time to failure (MTTF), mean time between failure (MTBF), mean time to repair (MTTR), and energy consumption. Validation results with real measurements show that the proposed model presents relative errors lower than 0.34% and 1.55% for CPU and transceiver energy consumption, respectively, and close to zero for the throughput. These results show the suitability of the proposed model to assist the system designer in the analysis, dimensioning and configuration of IoT networks. | pt_BR |
dc.language.iso | eng | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pernambuco | pt_BR |
dc.rights | embargoedAccess | pt_BR |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Redes de Petri Coloridas | pt_BR |
dc.subject | Internet das Coisas | pt_BR |
dc.subject | Colheita de Energia | pt_BR |
dc.title | A Colored Petri Net - based model for Internet of Things networks | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/8604204879805070 | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPE | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.degree.level | doutorado | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/9825617657358787 | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pos Graduacao em Ciencia da Computacao | pt_BR |
dc.description.abstractx | Internet das Coisas (IoT) tem significativamente transformado a economia global com impactos estimados em até U$ 12,6 trilhões até o ano de 2030. Até 2025, projeta-se que mais de 5 bilhões de dispositivos adotarão a tecnologia 5G LTE Narrowband Internet of Things (NB-IoT). Redes IoT são caracterizadas por sua heterogeneidade de hardware e software, re- querendo adaptação em tempo de execução e com o mínimo de intervenção humana. No entanto, tipicamente, dispositivos IoT operam sob limitações de energia, necessitando de estratégias eficientes para o gerenciamento de energia, mesmo na presença de dispositivos capazes de coletar energia do ambiente para prolongar o tempo de vida e garantir energy-neutral operation (ENO). Transceptores desempenham um papel crucial em dispositivos IoT, os quais são conhecidos pela sua significante demanda energética. Deficiências dos canais de comunicação e a memória reduzida nos transceptores podem contribuir no aumento do consumo de energia, particular- mente devido às retransmissões. Além disso, transceptores sem mecanismos de filtragem e sem códigos checadores de erros requerem processamento adicional da CPU para lidar com pacotes corrompidos e irrelevantes. Adicionalmente, o microcontrolador (MCU) é outro componente que consome significativamente energia em dispositivos IoT, com múltiplos estados e pinos de alimentação, os quais devem ser considerados na análise de redes IoT. Encontrar equilíbrio entre desempenho e consumo de energia é um desafio significativo em redes IoT. Portanto, o desenvolvimento de soluções que permitam o correto dimensionamento, configuração e análise de redes IoT antes da implementação é crucial para o sucesso delas. A partir disso, esta tese apresenta modelos baseados em Redes de Petri Coloridas (CPN) para redes IoT. Eles permitem a avaliação individual de nós da rede, considerando CPUs de diferentes tecnologias, diversos esta- dos de potência, múltiplos pinos de alimentação, dispositivos orientados ao uso de capacitores ou bateria como fonte de alimentação, dispositivos capazes de coletar energia do ambiente e canais não ideais. O modelo engloba métricas como vazão, tempo de vida da rede, número esperado de nós que esgotam, número esperado de nós utilizando mecanismo de baixo consumo de energia, número de nós que esgotam durante a transmissão, número de nós transmitindo simultaneamente, disponibilidade, tempo médio para falhar (MTTF), tempo médio entre falhas (MTBF), tempo médio para reparo (MTTR) e consumo de energia. Resultados da validação com medições reais apontam que os modelos propostos apresentam erro relativo menor que 0,34% e 1,55% para o consumo de energia da CPU e transceptores, respectivamente, e aproximadamente de zero para a vazão. Esses resultados demonstram a adequabilidade dos modelos propostos para ajudar o projetista na análise, dimensionamento e configuração das redes IoT. | pt_BR |
Aparece en las colecciones: | Teses de Doutorado - Ciência da Computação |
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