En ordning for implementering af hybridadgangspunkt (H-AP) i smarte byer

Forskere ved University of Essex, UESTC-China og ZTE har for nylig indført en ordning for udrulning af hybride adgangspunkter (H-AP'er), som samtidig kunne muliggøre trådløs informationsoverførsel (WIT) og trådløs energioverførsel (WET) i smarte byer. Denne unikke ordning, præsenteret i et papir, der er forududgivet på arXiv, bruger en mobilitetsmodel af netbaserede gader i bymiljøer til at repræsentere bevægelser af brugere, der navigerer i en by.

Med den store udbredelse af 5G og den kontinuerlige udvikling af mobile kommunikationssystemer, mest energikrævende applikationer, herunder videostreamingtjenester, AR/VR transmissioner, og meget mere, kører nu på mobile enheder, der drives af batterier. Dette resulterer i store energiforbrug og hurtigt afladede batterier, forårsager afbrydelser og dårlige brugeroplevelser.

Et stigende antal mennesker verden over bruger nu også små Internet of Things (IoT) enheder, såsom temperatur/PM2.5 sensorer, smarte ure, fitness trackere og andre enheder, med en gennemsnitlig tæthed på en enhed pr. kvadratmeter. Disse små enheder kan kun udstyres med batterier, der har lav kapacitet og dermed drænes meget hurtigere. Den nye ordning foreslået af forskerne ved University of Essex, UESTC og ZTE kunne hjælpe med at tackle nogle af disse udfordringer.

"Hyppig udskiftning af batterier til IoT-enheder resulterer i uoverkommelige vedligeholdelsesomkostninger for netværksoperatører, " Jie Hu fra UESTC, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Derfor, vi skal finde kontrollerbare, on-demand opladningsmetoder for at give kontinuerlige serviceoplevelser, reducere vedligeholdelsesomkostninger og forlænge netværkets levetid."

Teknologier, der høster energi fra let tilgængelige kilder (f.eks. solen eller vinden) kunne drive kommunikationsenheder på måder, der er billigere og mere bæredygtige. Imidlertid, disse værktøjer er stærkt afhængige af deres omgivende miljø. For eksempel, enheder drevet af solenergi kan muligvis ikke samle nok energi på overskyede eller regnfulde dage.

For at tackle udfordringen med løbende at oplade lille elektronik, gennem de seneste år, nogle virksomheder har også udviklet nærfelts trådløse opladningsteknikker baseret på induktiv kobling eller magnetisk resonans, som kan bruges til at oplade mobiltelefoner uden stik. For at disse metoder skal virke, imidlertid, opladeren og opladeren skal være et par centimeter fra hinanden, som sikrer effektiv trådløs strømoverførsel.

Dette gør disse teknikker upraktiske til kontinuerligt at levere energi til et stort antal IoT-enheder på afstand. En langt mere praktisk og gennemførlig løsning, udforsket af forskerne i deres undersøgelse, kunne være brugen af ​​radiofrekvensteknologi (RF).

"RF-signaler er i stand til at transportere energi til enheder i fjerntliggende felt, Hu forklarede. Desuden, RF-signalbaseret trådløs strømoverførsel (WPT) er en fleksibel, kontrollerbar, on-demand og lavprisløsning til at levere energi til mobile brugere og IoT-enheder. Vi kan justere strålebredden for at opnå point-to-point WPT eller for samtidig at tilfredsstille flere enheders anmodninger om trådløs opladning. "

Ordningen foreslået af Hu og hans kolleger involverer enheder, der aktivt anmoder om WPT-tjenester. Infrastrukturen kan derefter besvare sådanne anmodninger ved at overføre den nødvendige mængde energi, giver enheder mulighed for at bruge ressourcer i kommunikationsinfrastrukturen uden behov for yderligere hardware.

"Udnyttelse af RF-signaler og trådløse kanalers udsendelseskarakter kan muliggøre samtidig realisering af trådløs information og strømoverførsel i det samme spektrum, væsentlig forbedring af spektrumeffektiviteten, " sagde Hu. "I vores forskning, vi foreslår en optimal H-AP-implementeringsplan for at tilfredsstille mobile enheders anmodninger om download af oplysninger og anmodninger om trådløs opladning."

Den vigtigste forskel mellem et hybridt adgangspunkt (H-AP) og et traditionelt adgangspunkt (AP) er, at førstnævnte muliggør både WIT- og WPT-tjenester. I deres undersøgelse, forskerne fokuserede på mobilitetsmønstre for enheder, der bevæger sig langs gaderne i bymiljøer og tager vilkårlige sving ved krydsninger. Deres plan for H-AP-implementering tager hensyn til populariteten af ​​vejkrydsninger, da netværksforbindelser har en tendens til at blive langsommere, når brugere når særligt overfyldte krydsninger.

"Et meget meningsfuldt problem står over for netværksoperatører:I betragtning af et begrænset antal H-AP'er, hvordan kan vi implementere dem i byen, så WIT- og WPT-ydelsen kan optimeres?" sagde Hu. "For at løse dette problem, vi har designet tre implementeringsordninger, nemlig WIT-orienteret udrulning, WPT-orienteret udrulning og en afbalanceret implementeringsplan."

H-AP-implementeringsordningen udviklet af forskerne bruger en mobilitetsmodel af gader i et bymiljø til at karakterisere bevægelserne af kommunikationsenhedsbrugere. For det første, den analyserer virkningen af ​​populariteten af ​​en given vejkrydsning eller sted i byen på WIT og WET effektivitet. Efterfølgende det implementerer en balance mellem effektiviteten af ​​WIT- og WET-tjenester, som en del af det, forskerne kalder "B-deployering"-ordningen.

"Mobiliteten og distributionen af ​​WIT -enheder og WPT -enheder samt populariteten af ​​vejkryds, har stor indflydelse på vores design, " sagde Hu. "Vores plan giver os mulighed for at opnå en balance mellem WIT og WPT."

Den største fordel ved ordningen designet af Hu og hans kolleger er, at den er meget fleksibel og kan tilfredsstille den brede vifte af servicekvaliteter (QoS) for WIT- og WPT-tjenester. Resultater indsamlet i en række eksperimenter, der tester den nye ordning, tyder på, at implementering af H-AP'er i særligt overfyldte byområder kan muliggøre bedre WIT- og WPT-præstationer.

Undersøgelsen er den første til at foreslå en ordning for storstilet udrulning af H-AP'er i smarte byer. I fremtiden, denne ordning kunne bidrage til at optimere informations- og energidækningen af ​​kommunikationsnetværk i travle bymiljøer.

"I vores fremtidige arbejde, vi planlægger at udføre en informationsteoretisk analyse for integreret WIT og WPT for at identificere ydeevnegrænsen, " Prof. Kun Yang fra University of Essex, en anden forsker involveret i undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Vi vil også gerne forfølge transceiverdesign i det fysiske lag, inklusive kodning, modulering, MIMO beamformer og combiner-design, der sigter mod at forbedre enkeltbrugers eller flere brugeres ydeevne af integreret WIT og WPT."

I deres næste studier, Hu, Yang og deres kolleger planlægger at tackle flere andre forskningsretninger, for eksempel, undersøge brugen af ​​ressourceallokering og adgangskontrol til at understøtte store mængder enheder i kommunikationsnetværk. Ud over, de ønsker at studere rum-terrestriske netværk til integration af WIT og WPT, som kunne bidrage til at forbedre WIT- og WPT-præstationer i UAV'er, der navigerer i landlige omgivelser eller områder, der er berørt af naturkatastrofer.

"Et andet mål for yderligere forskning vil være at undersøge muligheden for 6G-støttet WIT og WPT, " sagde Yang. "Vi vil undersøge integreret WIT og WPT i TeraHz, med holografisk radio og med AI-støttet intelligent styring. Vores ultimative forskningsmål er at skabe et nyt data- og energiintegreret kommunikationsnetværk (DEIN) for at realisere energi selvbæredygtighed."

© 2020 Science X Network