无线传感器网络射频充电及能量转移调度研究

基本信息
批准号:61702562
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:22.00
负责人:任炬
学科分类:
依托单位:中南大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:章成源,胥楚贵,唐文娟,彭许红,郭慧,胡俊英
关键词:
无线传感器网络射频充电能量转移资源分配网络优化
结项摘要

As a promising ambient energy harvesting and wireless energy transmission solution, Radio Frequency (RF) based energy harvesting/transmission technology has great potentials to be widely applied into low-power wireless sensor networks (WSNs). However, the energy transmission efficiency of this technology is determined by many factors, e.g., RF transmission power, transmission distance, signal wavelength and the quality of the wireless channel, and WSNs have unique characteristics of energy consumption and dynamic routing. It makes studying the control mechanisms of RF charging and energy transfer in WSNs be a challenging but also critical issue for improving the network performance. This proposal, aiming to address this challenge in different WSN applications scenarios, extends the study of RF charging and energy transfer from the following three aspects. (1) We will study the joint control of sampling rate and RF charging frequency in a single-hop WSN to maximize the network utility. (2) We will provide an in-depth investigation on the control mechanism of simultaneous wireless information and power transmission (SWIPT) in a multi-hop WSN to maximize the network utility. (3) The dynamic channel access problem will be analyzed in an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) based WSNs to coordinate the dynamic RF charging and data transmission schedules among different sensor nodes. Based on the investigation on the aforementioned WSN scenarios, we will provide a comprehensive and systemic study on the basic principles and characteristics of RF-based energy transmission, and concludes some insights or common features for efficiently scheduling the RF charging and energy transfer to optimize the network performance.

作为一种新型的泛在能量获取及无线能量传输解决方案,基于射频信号的能量传输技术在低功耗无线传感器网络中具有极大的应用前景。然而,由于这种能量传输技术受到射频发射功率、传输距离、信号波长及无线信道通信状态等诸多因素影响,且无线传感器网络具备自身的能耗和路由特征,因此,在综合考虑网络特征的基础上来管理和调度网络节点的射频充电和能量转移策略是实现网络性能优化的关键。本项目面向不同的无线传感器网络应用需求及优化目标,从单跳传感器网络中节点采样频率与射频充电频率联合调度,多跳传感器网络中信息与能量同时传输策略,以及基于泛在射频能量获取的多信道传感器网络动态信道接入三种典型且不同的传感器网络应用场景,系统性地研究无线传感器网络中基于射频信号进行能量传输的基本原理与特性,以及通过射频充电和能量转移调度来实现网络性能优化的共性特征和高效算法。

项目摘要

作为一种新型的泛在能量获取及无线能量传输解决方案,基于射频信号的能量传输技术在低功耗无线传感器网络中具有极大的应用前景。本项目面向不同的无线传感器网络应用需求及优化目标,系统性地研究了无线传感器网络中基于射频信号进行能量传输的基本原理与特性,以及通过射频充电和能量转移调度来实现网络性能优化的共性特征和高效算法。经过三年的研究,项目组在单跳/多跳无线传感器网络射频充电与能量转移调度优化、泛在射频信号供能无线传感器网络网络效用优化、吸能型边缘计算系统计算卸载优化、以及边缘资源部署及运营优化等方面取得一定研究进展,提出了一系列网络资源、能量资源及计算资源的协同管理优化算法,有效提升了网络系统的整体性能。2018-2020三年时间内,项目组在IEEE/ACM ToN,TMC,JSAC,TVT等领域权威期刊和IEEE INFOCOM, ICDCS等国际会议上发表论文18篇,其中CCF A类期刊/会议论文7篇;已授权国家发明专利5项,其中3项国家发明专利参与了批次科技成果转化,获得科技成果转化收益1000万元。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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