中央大學(xué)研究人員為高效無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)自適應(yīng)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(luò) (WRSN) 進(jìn)行通信。WRSN 的一個明顯優(yōu)勢是它們可以放置在偏遠(yuǎn)、難以進(jìn)入甚至生物或化學(xué)污染的區(qū)域，用于軍事和環(huán)境應(yīng)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(yùn)行。

WRSN 的主要挑戰(zhàn)是有效地為網(wǎng)絡(luò)中的傳感器電池充電和維護(hù)。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?yàn)樗梢栽诟姆秶鷥?nèi)為傳感器節(jié)點(diǎn)充電。然而，當(dāng)存在多個節(jié)點(diǎn)時，多重充電可以實(shí)現(xiàn)更高的效率。

這激發(fā)了由中央大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院的Sungrae Cho教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)通過無線電力傳輸技術(shù)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(shè)計(jì)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(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(diǎn)、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(diǎn)通過求解第一個子問題得到。然后，DCSD在候選充電點(diǎn)中選擇能量消耗最低的點(diǎn)作為最優(yōu)充電點(diǎn)。研究人員使用模擬將 EEADC 與實(shí)踐中的傳統(tǒng)充電方法進(jìn)行了比較。該團(tuán)隊(duì)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(yīng)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(diǎn)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。 ”