Figura que ilustra el entorno de ciudad inteligente considerado por el esquema de implementación de H-AP de los investigadores. Crédito:Zhao et al.
Investigadores de la Universidad de Essex, UESTC-China y ZTE han introducido recientemente un esquema para el despliegue de puntos de acceso híbridos (H-AP), que podría permitir simultáneamente la transferencia inalámbrica de información (WIT) y la transferencia inalámbrica de energía (WET) en ciudades inteligentes. Este esquema único, presentado en un artículo publicado previamente en arXiv, utiliza un modelo de movilidad de calles basadas en cuadrículas en entornos urbanos para representar los movimientos de los usuarios que navegan por una ciudad.
Con el despliegue a gran escala de 5G y la continua evolución de los sistemas de comunicaciones móviles, la mayoría de las aplicaciones que consumen energía, incluidos los servicios de transmisión de video, Transmisiones AR / VR, y mucho más, ahora se ejecutan en dispositivos móviles que funcionan con baterías. Esto da como resultado un gran gasto de energía y un agotamiento rápido de las baterías, provocando interrupciones y malas experiencias de usuario.
Un número creciente de personas en todo el mundo ahora también está utilizando pequeños dispositivos de Internet de las cosas (IoT), como sensores de temperatura / PM2.5, relojes inteligentes, rastreadores de fitness y otros dispositivos, con una densidad media de un dispositivo por metro cuadrado. Estos pequeños dispositivos solo pueden equiparse con baterías que tienen poca capacidad y por lo tanto se agotan mucho más rápido. El nuevo esquema propuesto por los investigadores de la Universidad de Essex, UESTC y ZTE podrían ayudar a abordar algunos de estos desafíos.
"Reemplazar con frecuencia las baterías de los dispositivos de IoT resulta en costos de mantenimiento inasequibles para los operadores de red, "Jie Hu de UESTC, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo a TechXplore. "Por lo tanto, tenemos que encontrar controlable, métodos de cobro a pedido para proporcionar experiencias de servicio continuas, reduciendo los costos de mantenimiento y extendiendo la vida útil de la red ".
Tecnologías que recolectan energía de fuentes fácilmente disponibles (p. Ej., el sol o el viento) podrían alimentar los dispositivos de comunicación de formas más económicas y sostenibles. Sin embargo, estas herramientas dependen en gran medida del entorno que las rodea. Por ejemplo, Es posible que los dispositivos que funcionan con energía solar no puedan recolectar suficiente energía en días nublados o lluviosos.
Para afrontar el desafío de cargar continuamente pequeños dispositivos electrónicos, en los ultimos años, Algunas empresas también han desarrollado técnicas de carga inalámbrica de campo cercano basadas en acoplamiento inductivo o resonancia magnética. que se puede utilizar para cargar teléfonos móviles sin un enchufe. Para que estos métodos funcionen, sin embargo, el cargador y el dispositivo de carga deben estar a unos centímetros el uno del otro, lo que garantiza una transferencia de energía inalámbrica eficaz.
Una topología de red básica para el DEIN diseñada por los investigadores. Crédito:Zhao et al.
Esto hace que estas técnicas no sean prácticas para el suministro continuo de energía a una gran cantidad de dispositivos de IoT a distancia. Una solución mucho más práctica y factible, explorado por los investigadores en su estudio, podría ser el uso de tecnología de radiofrecuencia (RF).
"Las señales de RF son capaces de transportar energía a dispositivos en campo lejano, "Hu explicó". Además, La transferencia de potencia inalámbrica (WPT) basada en señales de RF es una controlable, Solución bajo demanda y de bajo costo para suministrar energía a usuarios móviles y dispositivos IoT. Podemos ajustar el ancho del haz para lograr WPT punto a punto o para satisfacer simultáneamente las solicitudes de carga inalámbrica de varios dispositivos ".
El esquema propuesto por Hu y sus colegas involucra dispositivos que solicitan activamente servicios de WPT. Luego, la infraestructura puede responder a tales solicitudes transfiriendo la cantidad de energía requerida, permitiendo que los dispositivos utilicen recursos de la infraestructura de comunicación sin la necesidad de hardware adicional.
"La explotación de las señales de RF y la naturaleza de transmisión de los canales inalámbricos puede permitir la realización simultánea de información inalámbrica y transferencia de energía en el mismo espectro, mejorar sustancialmente la eficiencia del espectro, ", Dijo Hu." En nuestra investigación, proponemos un esquema de implementación de H-AP óptimo para satisfacer las solicitudes de descarga de información de los dispositivos móviles y las solicitudes de carga inalámbrica ".
La diferencia clave entre un punto de acceso híbrido (H-AP) y un punto de acceso tradicional (AP) es que el primero habilita los servicios WIT y WPT. En su estudio, los investigadores se centraron en los patrones de movilidad de los dispositivos que se mueven por las calles de los entornos urbanos y toman giros arbitrarios en los cruces. Su esquema para el despliegue de H-AP considera la popularidad de los cruces de carreteras, ya que las conexiones de red tienden a ralentizarse cuando los usuarios llegan a cruces particularmente concurridos.
"Los operadores de red se enfrentan a un problema muy significativo:dado un número limitado de H-AP, ¿Cómo podemos implementarlos en la ciudad para que se pueda optimizar el rendimiento de WIT y WPT? ", dijo Hu." Para resolver este problema, hemos diseñado tres esquemas de implementación, es decir, implementación orientada a WIT, Despliegue orientado a WPT y un esquema de despliegue equilibrado ".
Un transmisor y receptor DEIN. Crédito:Zhang et al.
El esquema de despliegue de H-AP desarrollado por los investigadores utiliza un modelo de movilidad de calles en un entorno urbano para caracterizar los movimientos de los usuarios de dispositivos de comunicación. Primeramente, analiza el impacto de la popularidad de un cruce de carreteras o un sitio en la ciudad en la eficiencia de WIT y WET. Después, implementa un equilibrio entre la eficiencia de los servicios WIT y WET, como parte de lo que los investigadores llaman el esquema de "despliegue B".
"La movilidad y distribución de dispositivos WIT y dispositivos WPT, así como la popularidad de los cruces de carreteras, tiene un impacto sustancial en nuestro diseño, ", Dijo Hu." Nuestro esquema nos permite lograr un equilibrio entre WIT y WPT ".
La principal ventaja del esquema diseñado por Hu y sus colegas es que es muy flexible y puede satisfacer la amplia gama de calidades de servicio (QoS) de los servicios WIT y WPT. Los hallazgos recopilados en una serie de experimentos que prueban el nuevo esquema sugieren que la implementación de H-AP en sitios de ciudades particularmente concurridos puede permitir mejores rendimientos de WIT y WPT.
El estudio es el primero en proponer un esquema para el despliegue a gran escala de H-AP en ciudades inteligentes. En el futuro, este esquema podría ayudar a optimizar la cobertura de información y energía de las redes de comunicación en entornos urbanos con mucho tráfico.
"En nuestro trabajo futuro, planeamos llevar a cabo un análisis teórico de la información para WIT y WPT integrados con el fin de identificar el límite de rendimiento, "Prof. Kun Yang de la Universidad de Essex, otro investigador involucrado en el estudio, dijo a TechXplore. "También nos gustaría seguir con el diseño de transceptores en la capa física, incluida la codificación, modulación, Diseño de combinador y formador de haz MIMO con el objetivo de mejorar el rendimiento de un solo usuario o de varios usuarios de WIT y WPT integrados ".
En sus próximos estudios, Hu, Yang y sus colegas planean abordar varias otras direcciones de investigación, por ejemplo, investigar el uso de la asignación de recursos y el control de acceso para admitir grandes cantidades de dispositivos en las redes de comunicación. Además, desean estudiar redes espacio-terrestres para la integración de WIT y WPT, lo que podría ayudar a mejorar las prestaciones de WIT y WPT en vehículos aéreos no tripulados que navegan en entornos rurales o áreas afectadas por desastres naturales.
"Otro objetivo para futuras investigaciones será explorar la posibilidad de WIT y WPT con ayuda de 6G, ", Dijo Yang." Investigaremos WIT y WPT integrados en TeraHz, con radio holográfica y con control inteligente asistido por IA. Nuestro objetivo final de investigación es crear una nueva red de comunicación integrada de datos y energía (DEIN) para lograr la autosostenibilidad energética ".
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