中央大學研究人員為高效無線可充電傳感器網(wǎng)絡開發(fā)自適應定向充電

智能工廠、車輛和城市越來越多地使用無線可充電傳感器網(wǎng)絡 (WRSN) 進行通信。WRSN 的一個明顯優(yōu)勢是它們可以放置在偏遠、難以進入甚至生物或化學污染的區(qū)域，用于軍事和環(huán)境應用中的通信、監(jiān)視和偵察。然而，這些 WRSN 的潛力受到它們對電池等有限能源的依賴的限制，這可能會阻礙它們的平穩(wěn)運行。

WRSN 的主要挑戰(zhàn)是有效地為網(wǎng)絡中的傳感器電池充電和維護。隨著充電距離的增加，充電效率直線下降。因此，單次充電比多次充電更節(jié)能，因為它可以在更近的范圍內為傳感器節(jié)點充電。然而，當存在多個節(jié)點時，多重充電可以實現(xiàn)更高的效率。

這激發(fā)了由中央大學計算機科學與工程學院的Sungrae Cho教授領導的研究團隊通過無線電力傳輸技術有效地優(yōu)化傳感器的移動充電。正如 Cho 教授所說，“使用移動充電器的無線電力傳輸被設計為一種有效的方法，但如果不使用定向天線，這種方法的功率效率很低。因此，我開始研究是否有一種有效的方法使用方法。 ”

在線發(fā)布，并于2022 年 10 月 1 日發(fā)表在該雜志第 9 卷第 19 期。

EEADC 采用考慮節(jié)點密度的均值漂移算法來確定單充電/多充電集群，該算法比大多數(shù)蒙特卡羅(MC) 聚類方法中采用的標準K均值算法更有效。每個集群根據(jù)其包含的傳感器節(jié)點數(shù)量分為單充電或多充電集群。然后根據(jù)集群類型確定充電策略，包括充電點、波束方向、充電功率和充電時間。

對于多充電集群，具有多個可行區(qū)域的非凸優(yōu)化問題促使研究人員采用離散充電策略決策 (DCSD) 算法來有效地解決該問題。DCSD 將問題分為兩個子問題。候選充電點通過求解第一個子問題得到。然后，DCSD在候選充電點中選擇能量消耗最低的點作為最優(yōu)充電點。研究人員使用模擬將 EEADC 與實踐中的傳統(tǒng)充電方法進行了比較。該團隊證明，EEADC 在功耗和充電延遲方面分別優(yōu)于現(xiàn)有方法 10% 和 9%。

總之，EEADC 的自適應和定向特性顯著提高了 WRSN 中充電傳感器的能效。正如 Cho 教授所解釋的那樣，“使用這種算法，通過使用定向天線和定向波束為傳感器節(jié)點充電，可以顯著提高充電效率，并且可以同時有效地為彼此靠近的傳感器充電。 ”