Промышленный Интернет вещей (IIoT) — это технология, которая сочетает в себе беспроводные датчики, контроллеры и технологии мобильной связи, чтобы сделать каждый аспект промышленных производственных процессов интеллектуальным и эффективным. Поскольку IIoT может включать в себя несколько небольших устройств и датчиков с батарейным питанием, существует растущая потребность в разработке надежной сети для передачи данных и передачи энергии для мониторинга среды IIoT.
В этом плане беспроводная передача энергии является перспективной технологией. Он использует радиочастотные сигналы для питания небольших устройств, потребляющих минимальную мощность. В последнее время значительный интерес для IIoT привлекла одновременная беспроводная передача информации и мощности (SWIPT), которая использует один радиочастотный сигнал для одновременного сбора энергии и декодирования информации.
Кроме того, поскольку количество интеллектуальных устройств быстро растет, SWIPT был объединен с системой неортогонального множественного доступа (NOMA), которая является многообещающим кандидатом для IIoT благодаря своей способности продлевать срок службы батарей датчиков и других устройств. Однако энергоэффективность этой системы значительно падает с увеличением расстояния передачи от центрального контроллера.
Чтобы преодолеть это ограничение, группа исследователей из Южной Кореи под руководством доцента Донг-Вук Со из отдела электроники и электроинформационной инженерии Корейского университета морских и океанических исследований разработала новую структуру, применив NOMA с помощью SWIPT к распределенная антенная система (DAS), значительно улучшающая энергетическую и спектральную эффективность IIoT.
«Применяя DAS с поддерживающими антеннами относительно близко к периферийным пользователям рядом с центральной базовой станцией, потери SWIPT-NOMA с увеличением расстояния могут быть эффективно уменьшены. Это улучшает декодирование информации и производительность сбора энергии», — объясняет доктор Сео.
Их исследование было опубликовано в журнале IEEE Transactions on Industrial Informatics.
Исследователи сформулировали трехэтапный итеративный алгоритм для максимизации энергоэффективности системы SWIPT-NOMA-DAS. Сначала они оптимизировали распределение мощности для центрального контроллера Интернета вещей. После этого распределение мощности для сигнализации NOMA и распределение мощности (PS) для SWIPT были совместно оптимизированы при минимизации скорости передачи данных и требований к собранной энергии.
Наконец, команда проанализировала случай сбоя, при котором система не может обеспечить достаточную энергию и скорость передачи данных, тем самым расширив метод оптимизации совместного распределения мощности и назначения PS на сценарий с несколькими кластерами.
Они проверили свой алгоритм посредством обширного численного моделирования и обнаружили, что предлагаемая система SWIPT-NOMA-DAS в пять раз более энергоэффективна, чем SWIPT-NOMA без DAS. Кроме того, он показывает улучшение производительности более чем на 10% по сравнению с SWIPT-OMA-DAS.
Подчеркивая важность своего исследования, доктор Со говорит: «Эта технология обеспечивает очень эффективное энергопотребление и предлагает различные преимущества, такие как удобство, низкое энергопотребление и продление срока службы батареи. Таким образом, ее можно применять к смартфонам, ноутбукам, носимым устройствам, и электромобили. Самое главное, что система SWIPT-NOMA-DAS может оптимизировать распределение ресурсов и эффективно выполнять беспроводную зарядку и передачу информации для пользователей в среде IoT».
Теги: IoT, Интернет, связь
