[發(fā)明專利]一種能量收集無線網(wǎng)絡方法與裝置

在審

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• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN107018581A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發(fā)明（設計）人: 趙啟飛;王哲
• 申請（專利權(quán)）人: 柳州職業(yè)技術學院
• 主分類號: H04W84/18
• 分類號: H04W84/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11246
• 代理人: 寧霞光

技術領域

本發(fā)明屬于計算機無線網(wǎng)絡領域，具體設計一種能量收集無線網(wǎng)絡方法與裝置。

技術背景

目前服務于互聯(lián)網(wǎng)的路由器、服務器、交換機、冷卻設施、數(shù)據(jù)中心等各種設備總共消耗約一萬億度電，占全球總耗電量的6％左右。按照目前的增長趨勢，到2025年，IT行業(yè)平均能耗會達到目前的5倍，網(wǎng)絡領域能耗更會達到13倍。這意味著到2025年網(wǎng)絡領域占IT業(yè)的總能耗將增長到43％。能量問題已成為網(wǎng)絡和信息系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的重大障礙。

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡系統(tǒng)設計的兩個原則有悖于低碳節(jié)能的目標：一是超額資源供給，在缺少Q(mào)oS支持的因特網(wǎng)架構(gòu)下，超額資源供給能使網(wǎng)絡承受突發(fā)的峰值負載；另一個是冗余設計，通過冗余鏈路和設備，提高網(wǎng)絡的可靠性，以應對突發(fā)的故障失效。這兩個原則都沒有考慮到能量因素。隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大和網(wǎng)絡設備的不斷更新，能量的利用日益暴露出能耗高、效率低，浪費多等諸多問題.互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)絡的忙時最大平均鏈路利用率不足30％，很多網(wǎng)絡的閑時鏈路利用率只有5％以下，而網(wǎng)絡設備按照峰值設計消耗能量，絕大部分設備7×24小時全速工作，這就為新能源引入網(wǎng)絡提出了挑戰(zhàn)也提供了機會。網(wǎng)絡中能量浪費和能耗成本的約束，限制著系統(tǒng)性能方面的進一步提高，能源因素往往成為限制其規(guī)模和服務能力的瓶頸。構(gòu)建新能源網(wǎng)絡，節(jié)省網(wǎng)絡傳統(tǒng)能耗成為計算機網(wǎng)絡領域一個意義重大、迫切需要解決的研究課題。

再者，傳統(tǒng)網(wǎng)絡由于收到能量供給方式的約束，大多使用傳統(tǒng)電源，采用電線供電，這大大約束了網(wǎng)絡節(jié)點的移動性，在諸如邊遠山區(qū)、災區(qū)、海上基站、特殊地區(qū)監(jiān)測(如森林、火山口等)等地區(qū)難以鋪設電纜或鋪設成本極高。因此發(fā)明能量收集網(wǎng)絡，利用環(huán)境周圍的能量，如光能、熱能、機械能、輻射能量等為網(wǎng)絡節(jié)點供電，同時在滿足能量約束的情況下完成數(shù)據(jù)通訊任務，這將大大提升網(wǎng)絡的適應能力，可以在任何地區(qū)部署，同時整個生命周期的免維護和可持續(xù)運行都將大大節(jié)約網(wǎng)絡成本。

例如傳感器網(wǎng)絡，常常采用Zigbee協(xié)議的片上系統(tǒng)，如CC2530芯片。假設該芯片每1s聯(lián)網(wǎng)一次，則一天中的平均功率大約為5mW，而典型的薄膜太陽能光伏板每平方厘米的功率大約50-100mW，而在陰雨天氣則降至uW的級別。可見如果正確進行能量的規(guī)劃利用，傳感器網(wǎng)絡可以完全使用太陽能供電，擺脫傳統(tǒng)電池電量有限、電能補給困難等缺點，同時為網(wǎng)絡帶來了全生命周期可運行和無限的流動性的特點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決特殊環(huán)境下的通信任務和無線網(wǎng)絡節(jié)點的永久運行，而提出一種能量收集無線網(wǎng)絡方法與裝置。

本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的。

一種能量收集無線網(wǎng)絡方法，包括以下步驟：

(1)能量收集裝置收集周圍環(huán)境中的可再生能源，將其轉(zhuǎn)化為電能，如將太陽能變成電能，產(chǎn)生電流，直接被無線網(wǎng)絡節(jié)點使用；

(2)所轉(zhuǎn)化電能輔助或者完全支持無線網(wǎng)絡節(jié)點使用，完成通信或者信息采集任務。

上述能量收集無線網(wǎng)絡方法，還包括能量轉(zhuǎn)換方法，能量轉(zhuǎn)換方法將能量收集裝置所提供能量的電壓和電流轉(zhuǎn)換為無線網(wǎng)絡節(jié)點裝置運行電壓和運行電流。

上述能量收集無線網(wǎng)絡方法，還包括能量管理方法，能量管理方法控制無線網(wǎng)絡節(jié)點裝置的工作狀態(tài)。

上述能量收集無線網(wǎng)絡方法，其特征在于：還包括傳感裝置，傳感裝置收集周圍需監(jiān)測的環(huán)境數(shù)據(jù)，配合無線網(wǎng)絡節(jié)點裝置完成通信任務。

一種實現(xiàn)上述能量收集無線網(wǎng)絡方法的裝置，包括能量收集裝置和無線網(wǎng)絡節(jié)點裝置，能量收集裝置與無線網(wǎng)絡節(jié)點裝置連接。

上述實現(xiàn)上述能量收集無線網(wǎng)絡方法的裝置，還包括能量轉(zhuǎn)換裝置，其中能量收集裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、無線網(wǎng)絡節(jié)點裝置依次連接。

上述實現(xiàn)上述能量收集無線網(wǎng)絡方法的裝置，還包括傳感裝置，其中傳感裝置與無線網(wǎng)絡節(jié)點裝置通過信號線相連接。

本發(fā)明還提供了一種植入上述裝置的可穿戴裝備，具體為一種能量收集無線網(wǎng)絡的可穿戴設備，由震動能量收集模塊、光伏裝置、壓電裝置、塞貝克溫差裝置、整流電路(一般的整流電路)、zigbee通信裝置、溫度傳感器、加速度傳感器、陀螺儀、距離感應器組成；

震動能量收集模塊將人體震動的能量轉(zhuǎn)化為電能；

光伏裝置將環(huán)境中的光能轉(zhuǎn)化為電能；

壓電裝置將人體手、肘、腰、膝部位的折壓能量轉(zhuǎn)化為電能；

賽貝克溫差裝置將人體的熱能轉(zhuǎn)化為電能；

整流電路將上述裝置轉(zhuǎn)化的電能進行再轉(zhuǎn)化，最終輸出穩(wěn)定的直流電，供給zigbee通信裝置運行；