Pesquisadores da Universidade de Essex, UESTC-China e ZTE introduziram recentemente um esquema para a implantação de pontos de acesso híbridos (H-APs), que pode permitir simultaneamente a transferência de informações sem fio (WIT) e a transferência de energia sem fio (WET) em cidades inteligentes. Este esquema único, apresentado em um artigo pré-publicado no arXiv, usa um modelo de mobilidade de ruas baseadas em grade em ambientes urbanos para representar os movimentos dos usuários que navegam em uma cidade.

Com a implantação em larga escala do 5G e a evolução contínua dos sistemas de comunicação móvel, a maioria das aplicações que consomem energia, incluindo serviços de streaming de vídeo, Transmissões AR / VR, e muito mais, agora funciona em dispositivos móveis alimentados por baterias. Isso resulta em grande gasto de energia e drenagem rápida das baterias, causando interrupções e experiências ruins do usuário.

Um número crescente de pessoas em todo o mundo agora também está usando pequenos dispositivos de Internet das Coisas (IoT), como sensores de temperatura / PM2,5, relógios inteligentes, rastreadores de fitness e outros dispositivos, com uma densidade média de um dispositivo por metro quadrado. Esses pequenos dispositivos só podem ser equipados com baterias de baixa capacidade e, portanto, esgotam muito mais rápido. O novo esquema proposto pelos pesquisadores da Universidade de Essex, A UESTC e a ZTE podem ajudar a enfrentar alguns desses desafios.

"A substituição frequente de baterias para dispositivos IoT resulta em custos de manutenção inacessíveis para os operadores de rede, "Jie Hu da UESTC, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore. "Portanto, precisamos encontrar controláveis, métodos de cobrança sob demanda para fornecer experiências de serviço contínuas, reduzindo os custos de manutenção e estendendo a vida útil da rede. "

Tecnologias que coletam energia de fontes prontamente disponíveis (por exemplo, o sol ou o vento) podem alimentar dispositivos de comunicação de formas mais baratas e sustentáveis. Contudo, essas ferramentas dependem muito do ambiente circundante. Por exemplo, dispositivos alimentados por energia solar podem não conseguir reunir energia suficiente em dias nublados ou chuvosos.

Para enfrentar o desafio de carregar continuamente pequenos aparelhos eletrônicos, ao longo dos últimos anos, algumas empresas também desenvolveram técnicas de carregamento sem fio de campo próximo com base em acoplamento indutivo ou ressonância magnética, que pode ser usado para carregar telefones celulares sem um plugue. Para que esses métodos funcionem, Contudo, o carregador e o dispositivo de carregamento devem estar a alguns centímetros um do outro, que garante uma transferência de energia sem fio eficaz.

Isso torna essas técnicas impraticáveis ​​para o fornecimento contínuo de energia a um grande número de dispositivos IoT à distância. Uma solução muito mais prática e viável, explorado pelos pesquisadores em seu estudo, poderia ser o uso de tecnologia de radiofrequência (RF).

"Os sinais de RF são capazes de transportar energia para dispositivos em campo distante, "Hu explicou." Além disso, A transferência de energia sem fio baseada em sinal de RF (WPT) é um método flexível, controlável, solução sob demanda e de baixo custo para fornecer energia para usuários móveis e dispositivos IoT. Podemos ajustar a largura do feixe para alcançar o WPT ponto a ponto ou para atender simultaneamente às solicitações de carregamento sem fio de vários dispositivos. "

O esquema proposto por Hu e seus colegas envolve dispositivos que solicitam ativamente os serviços do WPT. A infraestrutura pode então responder a essas solicitações transferindo a quantidade necessária de energia, permitindo que os dispositivos usem recursos da infraestrutura de comunicação sem a necessidade de hardware adicional.

"Explorar os sinais de RF e a natureza de transmissão de canais sem fio pode permitir a realização simultânea de informações sem fio e transferência de energia no mesmo espectro, melhorando substancialmente a eficiência do espectro, "Disse Hu." Em nossa pesquisa, propomos um esquema de implantação de H-AP ideal para satisfazer as solicitações de download de informações de dispositivos móveis e de cobrança sem fio. "

A principal diferença entre um ponto de acesso híbrido (H-AP) e um ponto de acesso tradicional (AP) é que o primeiro habilita os serviços WIT e WPT. Em seu estudo, os pesquisadores se concentraram nos padrões de mobilidade dos dispositivos que se movem pelas ruas de ambientes urbanos e fazem curvas arbitrárias nas travessias. Seu esquema para implantação de H-AP considera a popularidade de cruzamentos de estradas, já que as conexões de rede tendem a ficar mais lentas quando os usuários chegam a cruzamentos particularmente lotados.

"Um problema muito significativo é enfrentado pelas operadoras de rede:dado um número limitado de H-APs, como podemos implantá-los na cidade para que o desempenho do WIT e do WPT possa ser otimizado? ", disse Hu." Para resolver esse problema, nós projetamos três esquemas de implantação, ou seja, implantação orientada para WIT, Implementação orientada para WPT e um esquema de implementação equilibrado. "

O esquema de implantação de H-AP desenvolvido pelos pesquisadores usa um modelo de mobilidade de ruas em um ambiente urbano para caracterizar os movimentos dos usuários de dispositivos de comunicação. Em primeiro lugar, analisa o impacto da popularidade de um determinado cruzamento de estrada ou local na cidade na eficiência de WIT e WET. Subseqüentemente, ele implementa um equilíbrio entre a eficiência dos serviços WIT e WET, como parte do que os pesquisadores chamam de esquema de "implantação B".

"A mobilidade e distribuição de dispositivos WIT e dispositivos WPT, bem como a popularidade de cruzamentos de estradas, tem um impacto substancial em nosso design, "Hu disse." Nosso esquema nos permite alcançar um equilíbrio entre o WIT e o WPT. "

A principal vantagem do esquema desenvolvido por Hu e seus colegas é que ele é altamente flexível e pode satisfazer a ampla gama de qualidades de serviço (QoS) dos serviços WIT e WPT. As descobertas reunidas em uma série de experimentos testando o novo esquema sugerem que a implementação de H-APs em locais de cidades particularmente lotadas pode permitir melhores desempenhos de WIT e WPT.

O estudo é o primeiro a propor um esquema para a implantação em larga escala de H-APs em cidades inteligentes. No futuro, este esquema pode ajudar a otimizar a cobertura de informação e energia das redes de comunicação em ambientes urbanos movimentados.

"Em nosso trabalho futuro, pretendemos realizar uma análise teórica da informação para WIT e WPT integrados a fim de identificar o limite de desempenho, "Prof. Kun Yang da University of Essex, outro pesquisador envolvido no estudo, disse TechXplore. "Também gostaríamos de desenvolver o design do transceptor na camada física, incluindo codificação, modulação, Formador de feixe MIMO e design de combinador com o objetivo de melhorar o desempenho de um ou vários usuários de WIT e WPT integrados. "

Em seus próximos estudos, Hu, Yang e seus colegas planejam abordar várias outras direções de pesquisa, por exemplo, investigar o uso de alocação de recursos e controle de acesso para suportar grandes quantidades de dispositivos em redes de comunicação. Além disso, eles desejam estudar redes espaço-terrestres para a integração de WIT e WPT, o que poderia ajudar a melhorar o desempenho do WIT e do WPT em UAVs que navegam em ambientes rurais ou áreas afetadas por desastres naturais.

"Outro objetivo para pesquisas futuras será explorar a possibilidade de WIT e WPT auxiliado por 6G, "Disse Yang." Vamos investigar WIT e WPT integrados em TeraHz, com rádio holográfico e com controle inteligente auxiliado por IA. Nosso objetivo final de pesquisa é criar uma nova rede de comunicação integrada de dados e energia (DEIN) para realizar a autossustentabilidade energética. "

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