Ученые разрабатывают энергоэффективную беспроводную систему передачи энергии и информации

Промышленный Интернет вещей (IIoTs) относится к технологии, которая объединяет беспроводные датчики, контроллеры и технологии мобильной связи, чтобы сделать каждый аспект процессов промышленного производства интеллектуальным и эффективным.

Поскольку IIoT могут включать в себя несколько небольших устройств и датчиков с питанием от батарейки, существует растущая потребность в разработке надежной сети для передачи данных и энергопередачи для мониторинга среды IIoT.

В этом отношении беспроводная передача энергии является многообещающей технологией. Она использует радиочастотные сигналы для питания небольших устройств, потребляющих минимальную мощность. В последнее время значительный интерес для IIoTs вызвала технология одновременной беспроводной передачи информации и мощности (SWIPT), которая использует единый радиочастотный сигнал для одновременного сбора энергии и декодирования информации.

Кроме того, в связи с быстрым ростом числа интеллектуальных устройств SWIPT был объединен с системой неортогонального множественного доступа (NOMA), которая является многообещающим кандидатом для IIOT из-за их способности продлевать срок службы батарей датчиков и других устройств. Однако энергоэффективность этой системы значительно падает с увеличением расстояния передачи от центрального контроллера.

Чтобы преодолеть это ограничение, группа исследователей из Южной Кореи, возглавляемая адъюнкт-профессором Донг-Ук Сео из отдела электроники и электроинформационной инженерии Корейского морского и океанического университета, разработала новую структуру, применив SWIPT-aided NOMA к распределенной антенной системе (DAS), что значительно повышает энергетическую и спектральную эффективность IIoTs.

«Применяя DAS с поддерживающими антеннами относительно близко к периферийным пользователям наряду с центральной базовой станцией, потери SWIPT-NOMA с увеличением расстояния могут быть эффективно снижены. Это улучшает производительность декодирования информации и сбора энергии», — объясняет доктор Сео.

Их исследование было опубликовано в IEEE Transactions on Industrial Informatics.

Исследователи сформулировали трехэтапный итерационный алгоритм для максимального повышения энергоэффективности системы SWIPT-NOMA-DAS. Сначала они оптимизировали распределение мощности для центрального контроллера Интернета вещей. После этого распределение мощности для сигнализации NOMA и назначение разделения мощности (PS) для SWIPT были оптимизированы совместно, при этом были сведены к минимуму скорости передачи данных и потребности в потребляемой энергии.

Наконец, команда проанализировала событие отключения, при котором система не может обеспечить достаточные скорости передачи энергии и данных, тем самым расширив метод совместного распределения мощности и оптимизации назначения PS до мультикластерного сценария.

Они проверили свой алгоритм с помощью обширного численного моделирования, обнаружив, что предлагаемая система SWIPT-NOMA-DAS в пять раз более энергоэффективна, чем SWIPT-NOMA без DAS. Кроме того, она демонстрирует более чем 10%-ное улучшение производительности по сравнению с SWIPT-OMA-DAS.

Подчеркивая важность своего исследования, доктор Сео говорит: «Эта технология обеспечивает очень эффективное потребление энергии и предлагает различные преимущества, такие как удобство, низкое энергопотребление и продление срока службы батареи. Таким образом, ее можно применять в смартфонах, ноутбуках, носимых устройствах и электромобилях. Самое главное, что система SWIPT-NOMA-DAS может оптимизировать распределение ресурсов и эффективно выполнять беспроводную зарядку и передачу информации для пользователей в среде интернета вещей».

Главные новости