Ricercatori dell'Università dell'Essex, UESTC-Cina e ZTE hanno recentemente introdotto uno schema per l'implementazione di punti di accesso ibridi (H-AP), che potrebbe consentire contemporaneamente il trasferimento di informazioni wireless (WIT) e il trasferimento di energia wireless (WET) nelle città intelligenti. Questo schema unico, presentato in un articolo pre-pubblicato su arXiv, utilizza un modello di mobilità di strade a griglia in ambienti urbani per rappresentare i movimenti degli utenti che navigano in una città.

Con la diffusione su larga scala del 5G e la continua evoluzione dei sistemi di comunicazione mobile, applicazioni che consumano più energia, compresi i servizi di streaming video, Trasmissioni AR/VR, e altro ancora, ora funziona su dispositivi mobili alimentati da batterie. Ciò si traduce in un grande dispendio energetico e nel rapido esaurimento delle batterie, causando interruzioni e scarsa esperienza dell'utente.

Un numero crescente di persone in tutto il mondo ora utilizza anche piccoli dispositivi Internet of Things (IoT), come sensori di temperatura/PM2.5, orologi intelligenti, fitness tracker e altri dispositivi, con una densità media di un dispositivo per metro quadrato. Questi piccoli dispositivi possono essere dotati solo di batterie che hanno una capacità ridotta e quindi si scaricano molto più velocemente. Il nuovo schema proposto dai ricercatori dell'Università dell'Essex, UESTC e ZTE potrebbero aiutare ad affrontare alcune di queste sfide.

"La frequente sostituzione delle batterie per i dispositivi IoT comporta costi di manutenzione insostenibili per gli operatori di rete, " Jie Hu di UESTC, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a TechXplore. "Perciò, dobbiamo trovare controllabile, metodi di addebito su richiesta per fornire esperienze di servizio continue, riducendo i costi di manutenzione e prolungando la durata della rete."

Tecnologie che raccolgono energia da fonti prontamente disponibili (ad es. il sole o il vento) potrebbero alimentare i dispositivi di comunicazione in modi più economici e sostenibili. Però, questi strumenti dipendono fortemente dall'ambiente circostante. Ad esempio, i dispositivi alimentati a energia solare potrebbero non essere in grado di raccogliere energia sufficiente nei giorni nuvolosi o piovosi.

Per affrontare la sfida della ricarica continua di piccoli dispositivi elettronici, negli ultimi anni, alcune aziende hanno anche sviluppato tecniche di ricarica wireless in campo vicino basate su accoppiamento induttivo o risonanza magnetica, che può essere utilizzato per caricare i telefoni cellulari senza spina. Affinché questi metodi funzionino, però, il caricabatterie e il dispositivo di ricarica devono trovarsi a pochi centimetri l'uno dall'altro, che garantisce un efficace trasferimento di potenza wireless.

Ciò rende queste tecniche poco pratiche per fornire energia continuamente a un gran numero di dispositivi IoT a distanza. Una soluzione molto più pratica e fattibile, esplorato dai ricercatori nel loro studio, potrebbe essere l'uso della tecnologia a radiofrequenza (RF).

"I segnali RF sono in grado di trasportare energia a dispositivi in ​​un campo lontano, " Hu ha spiegato. "Inoltre, Il trasferimento di potenza wireless (WPT) basato su segnale RF è un flessibile, controllabile, soluzione on-demand e a basso costo per fornire energia agli utenti mobili e ai dispositivi IoT. Possiamo regolare la larghezza del raggio per ottenere un WPT punto-punto o per soddisfare contemporaneamente le richieste di ricarica wireless di più dispositivi".

Lo schema proposto da Hu e dai suoi colleghi prevede dispositivi che richiedono attivamente servizi WPT. L'infrastruttura può quindi rispondere a tali richieste trasferendo la quantità di energia richiesta, consentendo ai dispositivi di utilizzare le risorse dell'infrastruttura di comunicazione senza la necessità di hardware aggiuntivo.

"Sfruttare i segnali RF e la natura di trasmissione dei canali wireless può consentire la realizzazione simultanea di informazioni wireless e trasferimento di potenza nello stesso spettro, migliorando sostanzialmente l'efficienza dello spettro, " Hu ha detto. "Nella nostra ricerca, proponiamo uno schema di implementazione H-AP ottimale per soddisfare le richieste di download di informazioni dei dispositivi mobili e le richieste di ricarica wireless."

La differenza fondamentale tra un punto di accesso ibrido (H-AP) e un punto di accesso tradizionale (AP) è che il primo abilita sia i servizi WIT che WPT. Nel loro studio, i ricercatori si sono concentrati sui modelli di mobilità dei dispositivi che si muovono lungo le strade degli ambienti urbani e che si alternano arbitrariamente agli incroci. Il loro schema per l'implementazione di H-AP considera la popolarità degli incroci stradali, poiché le connessioni di rete tendono a rallentare quando gli utenti raggiungono incroci particolarmente affollati.

"Gli operatori di rete devono affrontare un problema molto significativo:dato un numero limitato di H-AP, come possiamo distribuirli in città in modo che le prestazioni di WIT e WPT possano essere ottimizzate?" Ha detto Hu. "Per risolvere questo problema, abbiamo progettato tre schemi di distribuzione, vale a dire la distribuzione orientata al WIT, Distribuzione orientata al WPT e uno schema di distribuzione equilibrato."

Lo schema di distribuzione H-AP sviluppato dai ricercatori utilizza un modello di mobilità delle strade in un ambiente urbano per caratterizzare i movimenti degli utenti dei dispositivi di comunicazione. in primo luogo, analizza l'impatto della popolarità di un dato attraversamento stradale o sito in città sull'efficienza WIT e WET. Successivamente, attua un equilibrio tra l'efficienza dei servizi WIT e WET, come parte di quello che i ricercatori chiamano lo schema "B-deployment".

"La mobilità e la distribuzione dei dispositivi WIT e dei dispositivi WPT, nonché la popolarità degli incroci stradali, ha un impatto sostanziale sul nostro design, " Hu ha detto. "Il nostro schema ci permette di raggiungere un equilibrio tra WIT e WPT."

Il vantaggio principale dello schema progettato da Hu e dai suoi colleghi è che è altamente flessibile e può soddisfare l'ampia gamma di qualità di servizio (QoS) dei servizi WIT e WPT. I risultati raccolti in una serie di esperimenti che testano il nuovo schema suggeriscono che l'implementazione di H-AP in siti cittadini particolarmente affollati può consentire prestazioni WIT e WPT migliori.

Lo studio è il primo a proporre uno schema per l'implementazione su larga scala di H-AP nelle città intelligenti. Nel futuro, questo schema potrebbe aiutare a ottimizzare le informazioni e la copertura energetica delle reti di comunicazione in ambienti urbani trafficati.

"Nel nostro lavoro futuro, prevediamo di effettuare un'analisi teorica delle informazioni per WIT e WPT integrati al fine di identificare il limite di prestazione, " Prof. Kun Yang dell'Università dell'Essex, un altro ricercatore coinvolto nello studio, ha detto a TechXplore. "Vorremmo anche perseguire la progettazione del ricetrasmettitore nel livello fisico, compresa la codifica, modulazione, Design del beamformer e combinatore MIMO che mira a migliorare le prestazioni di un singolo utente o di più utenti di WIT e WPT integrati."

Nei loro studi successivi, Hu, Yang e i loro colleghi hanno in programma di affrontare diverse altre direzioni di ricerca, ad esempio, studiare l'uso dell'allocazione delle risorse e del controllo degli accessi per supportare grandi quantità di dispositivi nelle reti di comunicazione. Inoltre, desiderano studiare reti spazio-terrestri per l'integrazione di WIT e WPT, che potrebbe aiutare a migliorare le prestazioni di WIT e WPT negli UAV che navigano in ambienti rurali o aree colpite da disastri naturali.

"Un altro obiettivo per ulteriori ricerche sarà quello di esplorare la possibilità di WIT e WPT assistiti dal 6G, " Yang ha detto. "Indagheremo WIT integrato e WPT in TeraHz, con radio olografica e con controllo intelligente assistito da AI. Il nostro obiettivo finale di ricerca è creare una nuova rete di comunicazione integrata di dati e energia (DEIN) al fine di realizzare l'auto-sostenibilità energetica".

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