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Tipo: Tese
Data do documento: 11-Jun-2024
Autor(es): BARBOSA, Brenda Silvana de Souza
Afiliação do(s) Autor(es): SEDUC - E.E.E.F.M Prof. José Alves Maia
Primeiro(a) Orientador(a): BARROS, Fabrício José Brito
Primeiro(a) coorientador(a): ARAÚJO, Jasmine Priscyla Leite de
Título: Aplicação de redes neurais artificiais para predição de RSSI e SNR em ambiente de bosque amazônico
Citar como: BARBOSA, Brenda Silvana de Souza. Aplicação de redes neurais artificiais para predição de RSSI e SNR em ambiente de bosque amazônico. Orientador: Fabrício José Brito Barros . 2024. 89 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16634. Acesso em:.
Resumo: A presença de áreas verdes em cidades urbanizadas é crucial para reduzir os impactos negativos da urbanização. No entanto, essas áreas podem influenciar a qualidade do sinal de dispositivos IoT que utilizam comunicação sem fio, como a tecnologia LoRa. A vegetação atenua as ondas eletromagnéticas, interferindo na transmissão de dados entre dispositivos IoT, resultando na necessidade de modelagem de propagação de sinal que considere o efeito da vegetação em sua propagação. Neste contexto, esta pesquisa foi conduzida na Universidade Federal do Pará, utilizando medições em um ambiente arborizado composto pela espécie Pau-Mulato, típica da Amazônia. Dois modelos de propagação baseados em aprendizado de máquina, GRNN e MLPNN, foram desenvolvidos para considerar o efeito das árvores amazônicas na propagação, analisando diferentes fatores, como a altura do transmissor em relação ao tronco, o início da folhagem e o meio da copa da árvore, bem como o fator de espalhamento LoRa (SF) 12 e a copolarização das antenas do transmissor e do receptor. Os melhores modelos foram os de aprendizado de máquina, GRNN e MLPNN, que demonstraram maior precisão, alcançando valores de erro quadrático médio (RMSE) de 3,86 dB e 3,8614 dB, e desvio padrão (SD) de 3,8558 dB e 3,8564 dB, respectivamente. Por outro lado, comparando com modelos clássicos da literatura, o que teve melhor desempenho foi o modelo Floating Intercept (FI), com erro RMSE e SD em torno de 7,74 dB e 7,77 dB, respectivamente, enquanto o modelo FITU-R teve o maior erro RMSE e SD, em torno de 26,40 dB e 9,65 dB, respectivamente, para todas as alturas e polarizações. Além disso, a importância deste estudo reside em seu potencial para impulsionar as comunicações sem fio em ambientes arborizados, uma vez que, mesmo em distâncias curtas nas alturas de 12 m e 18 m, o SNR (relação sinal ruído) teve valores mais baixos devido à influência das folhagens, porém, foi possível enviar e receber dados. Por fim, foi mostrado que a polarização vertical foi a que obteve os melhores resultados para o ambiente de bosque amazônico
Abstract: The presence of green areas in urbanized cities is crucial to reduce the negative impacts of urbanization. However, these areas can influence the signal quality of IoT devices that use wireless communication, such as LoRa technology. Vegetation attenuates electromagnetic waves, interfering with data transmission between IoT devices, resulting in the need for signal propagation modeling that considers the effect of vegetation on its propagation. In this context, this research was conducted at the Federal University of Pará, using measurements in a wooded environment composed of the Pau-Mulato species, typical of the Amazon. Two propagation models based on machine learning, GRNN and MLPNN, were developed to consider the effect of Amazonian trees on propagation, analyzing different factors such as the height of the transmitter relative to the trunk, the beginning of the foliage, and the middle of the tree canopy, as well as the LoRa spreading factor (SF) 12 and the copolarization of the transmitter and receiver antennas. The best models were the machine learning ones, GRNN and MLPNN, which demonstrated greater accuracy, achieving root mean square error (RMSE) values of 3.86 dB and 3.8614 dB, and standard deviation (SD) of 3.8558 dB and 3.8564 dB, respectively. On the other hand, compared to classical models in the literature, the best-performing model was the Floating Intercept (FI) model, with RMSE and SD errors around 7.74 dB and 7.77 dB, respectively, while the FITU-R model had the highest RMSE and SD errors, around 26.40 dB and 9.65 dB, respectively, for all heights and polarizations. Furthermore, the importance of this study lies in its potential to boost wireless communications in wooded environments, as it was observed that even at short distances at heights of 12 m and 18 m, the SNR (Signal-to-Noise Ratio) had lower values due to the influence of the foliage, but it was still possible to send and receive data. Finally, it was shown that vertical polarization achieved the best results for the Amazon forest environment.
Palavras-chave: Amazônia
Vegetação densa
Modelos de propagação
LoRa
Aprendizagem de máquina
Amazon region
Propagation models
Machine learning
LoRa
Dense vegetation
Área de Concentração: COMPUTAÇÃO APLICADA
Linha de Pesquisa: INTELIGÊNCIA COMPUTACIONAL
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Fonte URI: Disponivel na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br
Aparece nas coleções:Teses em Engenharia Elétrica (Doutorado) - PPGEE/ITEC

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