Enabling the internet of things through energy harvesting: a circuit-aware system synthesis-oriented analysis approach
- Autores: Raül Gómez Cid Fuentes
- Directores de la Tesis: Eduardo Alarcón (dir. tes.), Albert Cabellos Aparicio (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Tommaso Melodia (presid.), Francesc Moll Echeto (secret.), Jesús Alonso Zárate (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Electrónica
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
Alimentar sensores inalámbricos se ha convertido en uno de los mayores problemas para permitir la visión de la Internet of Things (IoT). La recolección de energía (energy harvesting) aparece como una tecnología habitual para abordar este problema. A través de esta, los sensores tienen acceso a una fuente ilimitada de energía, que puede extender el tiempo de vida de operación.
Desafortunadamente, la energía que está disponible alrededor de los sensores, típicamente, no es ni controlable ni predictible. Por lo que exhibe variaciones significativas en la cantidad de energía recolectada tanto en términos espaciales como temporales. Así, esto puede causar desconexiones temporales de ciertas áreas o partes de la red inalámbrica.
El objetivo de esta tesis se centra en reducir los efectos indeseados de las variaciones espacio temporales de la energía del ambiente, siguiendo una doble aproximación: En primer lugar, proporcionar un entendimiento a alto nivel de los compromisos que intervienen tanto en el diseño de los sensores inalámbricos como de la red que los interconecta. En segundo lugar, sintetizar un campo de energía que garantice la cantidad necesaria de energía ambiente alrededor de los nodos sensores.
Así, la primera parte de la tesis empieza presentando una descripción formal del entorno. Se proporciona un modelo energético que se utiliza para responder preguntas fundamentales en referencia a la capacidad de la red y para proporcionar pautas en el diseño de los nodos sensores. Tal y como se muestra, la recolección de energía es una solución escalable para alimentar y recargar los sensores IoT, aunque ellos necesitan circuitería y componentes adicionales para garantizar una operación ininterrumpida.
En la segunda parte de este trabajo, la transmisión inalámbrica de energía desde transmisores de energía (ETs, por sus siglas en inglés) se considera una aproximación viable para sintetizar un campo de energía que alimente los nodos sensores. Éste permite llegar a las regiones del espacio donde no hay suficiente energía ambiente, al coste de ocupar parte del espectro radioeléctrico. Debido a que el alcance de la transmisión de energía está muy limitado, se múltiples ETs para cubrir áreas enteras. Primero, se realiza un estudio de viabilidad de síntesis de campos de energía mediante múltiples ETs. Del estudio, se extrae que el método es escalable aunque presenta un compromiso entre complejidad en el diseño de acceso múltiple al medio para transmisión de energía y calidad del canal. Después, se presenta un método oportunista para aprovechar las interferencias entre transmisiones de energía con tal de optimizar la recarga de los nodos. Finalmente, proponemos un método para permitir el acceso simultaneo de energía e información al espectro de RF.
En resumen, el análisis y diseño de redes inalámbricas de sensores, alimentadas por la recolección de energía y la transmisión inalámbrica de energía jugaran un papel fundamental en el futuro desarrollo de despliegues de redes autónomas de IoT.
