Kestävä langaton energiansiirto massiiviseen esineiden internetiin

Kestävä radioaaltoihin perustuva langaton energiansiirto (RF-WET) tarjoaa lupaavan ratkaisun laajamittaisten esineiden internetin (IoT) ekosysteemien virtalähteeksi, ylittäen perinteisten paristokäyttöisten laitteiden rajoitukset huollon, skaalautuvuuden ja ympäristövaikutusten osalta. Vaikka energiansäästötekniikat voivat pidentää laitteiden käyttöaikaa, ne ovat rajoittuneita IoT-laitteiden tyypillisesti pienen akkukapasiteetin vuoksi. Tässä yhteydessä RF-WET toimii täydentävänä teknologiana mahdollistamalla jatkuvan, kosketuksettoman virransyötön niin sanottujen tehomajakoiden (PB) avulla, auttaen ylläpitämään laitteiden toimintaa ja vähentäen näin toistuvaa huoltotarvetta. Tämä opinnäytetyö kehittää tehokkaita latausstrategioita kestävän RF-WET:n tukemiseksi.

Aloitamme tunnistamalla keskeiset haasteet ja tutkimussuunnat kestävien RF-WET-järjestelmien toteuttamiseksi. Tutkimme sitten PB:iden sijoitusstrategioita, jotka hyödyntävät tietoa laitteiden sijainneista ja akkutiloista täyttääkseen laitteiden energiakatkosten rajoitteet mahdollisimman pienellä lähetysteholla. Tarkastelemme myös ympäristöenergialähteiden (esim. auringonvalo, tuuli) saatavuuden vaikutusta omavaraisiin PB:ihin. Tehokkuuden parantamiseksi suunnittelemme matalan monimutkaisuuden latausprotokollan, joka hyödyntää järjestelmän epälineaarisuuksia, ja tutkimme sekä aika- että tilajakostrategioita energiankulutuksen minimoimiseksi.

Tutkimme myös skaalautuvia PB-arkkitehtuureja, keskittyen PB:iden virrankulutukseen ja sähkömagneettisen kentän altistukseen, erityisesti uudelleenkonfiguroitavilla pinnoilla varustettujen PB:iden osalta. Analysoimme, kuinka PB:n geometria, toimintataajuus ja laitteiden tehontarpeet vaikuttavat sekä PB:n virrankulutukseen että tehopiikkiin palveltavan laitteen läheisyydessä. Lopuksi ehdotamme tehoa minimoivaa optimointikehystä liikkuvilla antenneilla varustetuille PB:ille, joka ylittää järjestelmämuuttujien sisäiset riippuvuudet. Arvioimme keskeisiä tekijöitä, jotka vaikuttavat virrankulutukseen, ja valotamme, kuinka kanavan etenemisolot ovat riippuvaisia sekä antennien määrästä että laitteiden jakautumisesta verkossa.

Kaiken kaikkiaan ehdotetut tekniikat osoittavat potentiaalia edistää kestävää RF-WET:iä pitkäaikaisena ratkaisuna nykyisten ja tulevien IoT-verkkojen lataustarpeiden täyttämiseksi. Odotamme, että tässä opinnäytetyössä esitetyt uudet ideat vaikuttavat seuraavan sukupolven kestävien langattomien energiansiirtoteknologioiden kehitykseen ja käyttöönottoon.