Figure illustrant l'environnement de la ville intelligente considéré par le schéma de déploiement H-AP des chercheurs. Crédit :Zhao et al.
Chercheurs de l'Université d'Essex, UETC-Chine et ZTE ont récemment introduit un schéma de déploiement de points d'accès hybrides (H-AP), qui pourrait permettre simultanément le transfert d'informations sans fil (WIT) et le transfert d'énergie sans fil (WET) dans les villes intelligentes. Ce schéma unique, présenté dans un article pré-publié sur arXiv, utilise un modèle de mobilité de rues quadrillées dans des environnements urbains pour représenter les mouvements des utilisateurs naviguant dans une ville.
Avec le déploiement à grande échelle de la 5G et l'évolution continue des systèmes de communication mobile, applications les plus énergivores, y compris les services de streaming vidéo, Transmissions AR/VR, et beaucoup plus, fonctionnent désormais sur des appareils mobiles alimentés par des batteries. Cela se traduit par une grande dépense d'énergie et une décharge rapide des batteries, provoquant des interruptions et de mauvaises expériences utilisateur.
Un nombre croissant de personnes dans le monde utilisent désormais également de petits appareils Internet des objets (IoT), tels que les capteurs de température/PM2.5, montres intelligentes, trackers de fitness et autres appareils, avec une densité moyenne d'un appareil par mètre carré. Ces petits appareils ne peuvent être équipés que de batteries de faible capacité et donc se déchargent beaucoup plus rapidement. Le nouveau schéma proposé par les chercheurs de l'Université d'Essex, UETC et ZTE pourraient aider à relever certains de ces défis.
« Le remplacement fréquent des batteries des appareils IoT entraîne des coûts de maintenance inabordables pour les opérateurs de réseau, " Jie Hu de UETC, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, a déclaré TechXplore. "Par conséquent, nous devons trouver contrôlable, méthodes de facturation à la demande pour offrir des expériences de service continu, réduisant les coûts de maintenance et prolongeant la durée de vie du réseau."
Technologies qui récupèrent l'énergie à partir de sources facilement disponibles (p. le soleil ou le vent) pourraient alimenter les appareils de communication de manière moins chère et plus durable. Cependant, ces outils dépendent fortement de leur environnement. Par exemple, les appareils alimentés à l'énergie solaire peuvent être incapables de recueillir suffisamment d'énergie les jours nuageux ou pluvieux.
Pour relever le défi de charger en continu les petits appareils électroniques, au cours des dernières années, certaines entreprises ont également développé des techniques de recharge sans fil en champ proche basées sur le couplage inductif ou la résonance magnétique, qui peut être utilisé pour charger des téléphones portables sans prise. Pour que ces méthodes fonctionnent, cependant, le chargeur et le chargeur doivent être à quelques centimètres l'un de l'autre, qui assure un transfert de puissance sans fil efficace.
Une topologie de réseau de base pour le DEIN conçue par les chercheurs. Crédit :Zhao et al.
Cela rend ces techniques peu pratiques pour fournir en continu de l'énergie à un grand nombre d'appareils IoT à distance. Une solution beaucoup plus pratique et réalisable, explorées par les chercheurs dans leur étude, pourrait être l'utilisation de la technologie des radiofréquences (RF).
"Les signaux RF sont capables de transporter de l'énergie vers des appareils en champ lointain, " expliqua Hu. " De plus, Le transfert de puissance sans fil (WPT) basé sur un signal RF est un contrôlable, solution à la demande et à faible coût pour fournir de l'énergie aux utilisateurs mobiles et aux appareils IoT. Nous pouvons ajuster la largeur du faisceau pour atteindre le WPT point à point ou pour satisfaire simultanément les demandes de charge sans fil de plusieurs appareils. »
Le schéma proposé par Hu et ses collègues implique des appareils qui demandent activement des services WPT. L'infrastructure peut alors répondre à ces demandes en transférant la quantité d'énergie requise, permettant aux appareils d'utiliser les ressources de l'infrastructure de communication sans avoir besoin de matériel supplémentaire.
« L'exploitation des signaux RF et la nature de la diffusion des canaux sans fil peuvent permettre la réalisation simultanée d'informations sans fil et de transfert de puissance dans le même spectre, améliorer considérablement l'efficacité du spectre, " Hu a dit. " Dans nos recherches, nous proposons un schéma de déploiement H-AP optimal pour satisfaire les demandes de téléchargement d'informations des appareils mobiles et les demandes de recharge sans fil."
La principale différence entre un point d'accès hybride (H-AP) et un point d'accès traditionnel (AP) est que le premier permet à la fois les services WIT et WPT. Dans leur étude, les chercheurs se sont concentrés sur les modèles de mobilité des appareils se déplaçant le long des rues des environnements urbains et prenant des virages arbitraires aux croisements. Leur schéma de déploiement H-AP tient compte de la popularité des passages à niveau, car les connexions réseau ont tendance à ralentir lorsque les utilisateurs atteignent des croisements particulièrement encombrés.
« Un problème très important est rencontré par les opérateurs de réseau :étant donné un nombre limité de H-AP, comment pouvons-nous les déployer dans la ville afin que les performances WIT et WPT puissent être optimisées ?", a déclaré Hu. "Afin de résoudre ce problème, nous avons conçu trois schémas de déploiement, à savoir le déploiement orienté WIT, Déploiement orienté WPT et schéma de déploiement équilibré."
Un émetteur et un récepteur DEIN. Crédit :Zhang et al.
Le schéma de déploiement H-AP développé par les chercheurs utilise un modèle de mobilité des rues en milieu urbain pour caractériser les déplacements des utilisateurs d'appareils de communication. Premièrement, il analyse l'impact de la popularité d'un passage routier ou d'un site donné dans la ville sur l'efficacité WIT et WET. Ensuite, il met en œuvre un équilibre entre l'efficacité des services WIT et WET, dans le cadre de ce que les chercheurs appellent le schéma de « déploiement B ».
« La mobilité et la distribution des appareils WIT et WPT ainsi que la popularité des croisements routiers, a un impact substantiel sur notre conception, " a déclaré Hu. "Notre plan nous permet d'atteindre un équilibre entre WIT et WPT."
Le principal avantage du schéma conçu par Hu et ses collègues est qu'il est très flexible et qu'il peut satisfaire le large éventail de qualités de service (QoS) des services WIT et WPT. Les résultats rassemblés dans une série d'expériences testant le nouveau système suggèrent que la mise en œuvre de H-AP dans des sites urbains particulièrement encombrés peut permettre de meilleures performances WIT et WPT.
L'étude est la première à proposer un schéma de déploiement à grande échelle des H-AP dans les villes intelligentes. À l'avenir, ce schéma pourrait permettre d'optimiser la couverture informationnelle et énergétique des réseaux de communication en milieu urbain très fréquenté.
« Dans notre futur travail, nous prévoyons de réaliser une analyse théorique de l'information pour les WIT et WPT intégrés afin d'identifier la limite de performance, " Prof. Kun Yang de l'Université d'Essex, un autre chercheur impliqué dans l'étude, a déclaré TechXplore. "Nous aimerions également poursuivre la conception d'émetteurs-récepteurs dans la couche physique, y compris le codage, modulation, Conception de formeur de faisceaux et de combineurs MIMO visant à améliorer les performances d'un ou de plusieurs utilisateurs du WIT et du WPT intégrés."
Dans leurs prochaines études, Hu, Yang et leurs collègues envisagent d'aborder plusieurs autres directions de recherche, par exemple, étudier l'utilisation de l'allocation des ressources et du contrôle d'accès pour prendre en charge de grandes quantités de dispositifs dans les réseaux de communication. En outre, ils souhaitent étudier les réseaux spatiaux-terrestres pour l'intégration de WIT et WPT, ce qui pourrait aider à améliorer les performances WIT et WPT des drones naviguant dans des environnements ruraux ou des zones touchées par des catastrophes naturelles.
"Un autre objectif des recherches futures sera d'explorer la possibilité de WIT et WPT assistés par 6G, " a déclaré Yang. "Nous allons étudier les WIT et WPT intégrés à TeraHz, avec radio holographique et avec contrôle intelligent assisté par IA. Notre objectif de recherche ultime est de créer un nouveau réseau de communication intégré de données et d'énergie (DEIN) afin de réaliser l'autosuffisance énergétique. »
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