Onderzoekers van de Universiteit van Essex, UESTC-China en ZTE hebben onlangs een schema geïntroduceerd voor de inzet van hybride toegangspunten (H-AP's), die tegelijkertijd draadloze informatieoverdracht (WIT) en draadloze energieoverdracht (WET) in slimme steden mogelijk zou kunnen maken. Dit unieke schema, gepresenteerd in een paper dat vooraf is gepubliceerd op arXiv, gebruikt een mobiliteitsmodel van op rasters gebaseerde straten in stedelijke omgevingen om de bewegingen weer te geven van gebruikers die door een stad navigeren.

Met de grootschalige inzet van 5G en de voortdurende evolutie van mobiele communicatiesystemen, meest energieverbruikende toepassingen, inclusief videostreamingdiensten, AR/VR-uitzendingen, en nog veel meer, draaien nu op mobiele apparaten die op batterijen werken. Dit resulteert in een hoog energieverbruik en snel leeglopende batterijen, onderbrekingen en slechte gebruikerservaringen veroorzaken.

Een groeiend aantal mensen wereldwijd maakt nu ook gebruik van kleine Internet of Things (IoT)-apparaten, zoals temperatuur/PM2.5-sensoren, slimme horloges, fitnesstrackers en andere apparaten, met een gemiddelde dichtheid van één apparaat per vierkante meter. Deze kleine apparaten kunnen alleen worden uitgerust met batterijen die een lage capaciteit hebben en daardoor veel sneller leeglopen. De nieuwe regeling voorgesteld door de onderzoekers van de Universiteit van Essex, UESTC en ZTE kunnen helpen bij het aanpakken van een aantal van deze uitdagingen.

"Het regelmatig vervangen van batterijen voor IoT-apparaten leidt tot onbetaalbare onderhoudskosten voor netwerkoperators, "Jie Hu van UESTC, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore. "Daarom, we moeten controleerbare, on-demand oplaadmethoden om continue service-ervaringen te bieden, het verlagen van de onderhoudskosten en het verlengen van de levensduur van het netwerk."

Technologieën die energie oogsten uit gemakkelijk beschikbare bronnen (bijv. de zon of de wind) kunnen communicatieapparatuur op een goedkopere en duurzamere manier van stroom voorzien. Echter, deze tools zijn sterk afhankelijk van hun omgeving. Bijvoorbeeld, apparaten die op zonne-energie werken, kunnen op bewolkte of regenachtige dagen mogelijk niet voldoende energie verzamelen.

Om de uitdaging aan te gaan om kleine elektronica continu op te laden, de afgelopen jaren, sommige bedrijven hebben ook draadloze oplaadtechnieken in het nabije veld ontwikkeld op basis van inductieve koppeling of magnetische resonantie, waarmee mobiele telefoons zonder stekker kunnen worden opgeladen. Om deze methoden te laten werken, echter, de oplader en het oplaadapparaat moeten zich op enkele centimeters van elkaar bevinden, wat zorgt voor een effectieve draadloze stroomoverdracht.

Dit maakt deze technieken onpraktisch om op afstand continu energie te leveren aan grote aantallen IoT-apparaten. Een veel praktischere en haalbare oplossing, onderzocht door de onderzoekers in hun studie, zou het gebruik van radiofrequentie (RF) technologie kunnen zijn.

"RF-signalen zijn in staat om energie naar apparaten in het verre veld te transporteren, " legde Hu uit. "Bovendien, Op RF-signaal gebaseerde draadloze stroomoverdracht (WPT) is een flexibele, regelbaar, on-demand en goedkope oplossing om energie te leveren aan mobiele gebruikers en IoT-apparaten. We kunnen de bundelbreedte aanpassen om point-to-point WPT te bereiken of om tegelijkertijd te voldoen aan de draadloze oplaadverzoeken van meerdere apparaten."

Het door Hu en zijn collega's voorgestelde schema omvat apparaten die actief om WPT-services vragen. De infrastructuur kan dan op dergelijke verzoeken reageren door de benodigde hoeveelheid energie over te dragen, waardoor apparaten bronnen van de communicatie-infrastructuur kunnen gebruiken zonder dat er extra hardware nodig is.

"Het benutten van RF-signalen en de uitzendende aard van draadloze kanalen kan de gelijktijdige realisatie van draadloze informatie en vermogensoverdracht in hetzelfde spectrum mogelijk maken, de spectrumefficiëntie aanzienlijk verbeteren, " zei Hu. "In ons onderzoek, we stellen een optimaal H-AP-implementatieschema voor om te voldoen aan de downloadverzoeken van mobiele apparaten en verzoeken om draadloos opladen."

Het belangrijkste verschil tussen een hybride toegangspunt (H-AP) en een traditioneel toegangspunt (AP) is dat de eerste zowel WIT- als WPT-services mogelijk maakt. In hun studie hebben de onderzoekers concentreerden zich op de mobiliteitspatronen van apparaten die door de straten van stedelijke omgevingen bewegen en willekeurige bochten nemen op kruispunten. Hun schema voor H-AP-implementatie houdt rekening met de populariteit van wegovergangen, omdat netwerkverbindingen de neiging hebben om te vertragen wanneer gebruikers bijzonder drukke kruispunten bereiken.

"Netbeheerders worden geconfronteerd met een zeer belangrijk probleem:gezien een beperkt aantal H-AP's, hoe kunnen we ze in de stad inzetten zodat de WIT- en WPT-prestaties kunnen worden geoptimaliseerd?" zei Hu. "Om dit probleem op te lossen, we hebben drie implementatieschema's ontworpen, namelijk WIT-georiënteerde inzet, WPT-georiënteerde implementatie en een uitgebalanceerd implementatieschema."

Het door de onderzoekers ontwikkelde H-AP-implementatieschema maakt gebruik van een mobiliteitsmodel van straten in een stedelijke omgeving om de bewegingen van gebruikers van communicatieapparatuur te karakteriseren. Ten eerste, het analyseert de impact van de populariteit van een bepaalde wegovergang of locatie in de stad op WIT- en WET-efficiëntie. Vervolgens, het implementeert een evenwicht tussen de efficiëntie van WIT- en WET-services, als onderdeel van wat de onderzoekers het 'B-deployment'-schema noemen.

"De mobiliteit en distributie van WIT-apparaten en WPT-apparaten, evenals de populariteit van wegkruisen, heeft grote invloed op ons ontwerp, Hu zei. "Onze regeling stelt ons in staat om een ​​evenwicht te bereiken tussen WIT en WPT."

Het belangrijkste voordeel van het door Hu en zijn collega's ontworpen schema is dat het zeer flexibel is en kan voldoen aan het brede scala aan servicekwaliteiten (QoS) van WIT- en WPT-services. Bevindingen verzameld in een reeks experimenten die het nieuwe schema testen, suggereren dat het implementeren van H-AP's op bijzonder drukke stadslocaties betere WIT- en WPT-prestaties mogelijk maakt.

De studie is de eerste die een schema voorstelt voor de grootschalige inzet van H-AP's in slimme steden. In de toekomst, deze regeling zou kunnen helpen om de informatie- en energiedekking van communicatienetwerken in drukke stedelijke omgevingen te optimaliseren.

"In ons toekomstige werk, we zijn van plan een informatietheoretische analyse uit te voeren voor geïntegreerde WIT en WPT om de prestatielimiet te identificeren, " Prof. Kun Yang van de Universiteit van Essex, een andere onderzoeker die bij het onderzoek betrokken was, vertelde TechXplore. "We willen ook het ontwerp van de transceiver nastreven in de fysieke laag, inclusief codering, modulatie, MIMO beamformer en combiner-ontwerp gericht op het verbeteren van de prestaties van één gebruiker of meerdere gebruikers van geïntegreerde WIT en WPT."

In hun volgende studies, Hé, Yang en hun collega's zijn van plan om verschillende andere onderzoeksrichtingen aan te pakken, bijvoorbeeld, onderzoek naar het gebruik van resourcetoewijzing en toegangscontrole om grote hoeveelheden apparaten in communicatienetwerken te ondersteunen. In aanvulling, ze willen ruimte-terrestrische netwerken bestuderen voor de integratie van WIT en WPT, die zouden kunnen helpen om WIT- en WPT-preformances te verbeteren in UAV's die navigeren in landelijke omgevingen of gebieden die zijn getroffen door natuurrampen.

"Een ander doel voor verder onderzoek is om de mogelijkheid van 6G-aided WIT en WPT te onderzoeken, " Yang zei. "We zullen geïntegreerde WIT en WPT in TeraHz onderzoeken, met holografische radio en met AI-ondersteunde intelligente besturing. Ons uiteindelijke onderzoeksdoel is om een ​​nieuw data- en energie-geïntegreerd communicatienetwerk (DEIN) te creëren om zelfvoorzienendheid op energiegebied te realiseren."

© 2020 Wetenschap X Netwerk