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物联网的未来:无源传输网络简介

2019年11月21日 12:30来源:未知手机版

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在未来物联网中,网络节点可以是无源的(battery free),即节点自身不配备或不主要依赖电池等电源设备,而是从环境中获取能量,支撑数据的感知、传输和分布式计算。这一未来新型网络又称为无源传输网络。

在无源传输网络中,节点能量不一定是其自身所固有的。节点之间能够通过无线方式进行能量交换。由于目前技术的局限,无源节点能量获取时间长,能量积蓄小,导致无源传输网的核心任务(数据的感知、无线传输和分布式计算)皆为能量所限,唯能量是从。节点在传输与计算过程中如何节省能量、提高效率不再是第一核心任务,如何利用节点当前的能量完成尽可能多的传输与计算任务成为首要目标。因此,无源传输网是以能量为中心、以数据为核心的无线网络,具有如下特性:

1. 能量震荡性。

由于节点能够从周围环境获取能量,因此节点的能量不再是单一的由高至低的静态变化趋势,而是呈时高时低的动态变化状态。当节点在执行传输或计算任务时,其能量积蓄会降低;当节点开始从环境中获取能量时,其能量积蓄会上升。于是,无源传输网络节点的能量积蓄高低震荡。

2. 能量失恒性。

无源传输网络节点能量的获取存在随机性和不稳定性,导致整个网络能量分布不均衡,差异很大,无源节点的协同工作能力低。

3. 能量受限性。

利用微型芯片所采集的环境能量的功率非常微弱,一般在纳瓦(nW)到微瓦(μW)的数量级,而且微传感器受限于外形尺寸,节点蓄电的能力有限。

4. 连通脆弱性。

网络的连通性直接受各节点能量的影响。当某些节点的能量低于一定程度时,这些节点则成为孤立节点,导致网络不连通。由于能量的震荡性,网络的连通性是脆弱的,时断时续,难以保持恒定连通。

5. 占空比超低。

驱动微型感知节点所需的平均工作功率要比采集功率高3~6个数量级,节点需要较长时间蓄能才能满足其工作所需要的能量,而且蓄能时节点无法工作。所以,节点呈间断性工作方式,且网络大部分时间处于非工作状态,占空比超低。

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