无线充电技术在无线传感器网络中的应用现状

关键 词 ： 无线传感器 网络 ； 无线充 电 ； 能量供应 中图分类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ ３ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： ２ ０ ９ ５ —２ ５ ６ ２ （ ２ ０ ｌ ５ ） Ｏ １ —０ ０ ４ ５ —０ ５
无线传感器网络是一个由大量廉价 的传感器节点组成的无线 自 组织网络＿ １ ］ 。在解决无线传感器网络
境 中的能量 ｓ 和无线电力传输技术 。无线传感器 网络解决能量问题 的方法对比如表 １ 所示。
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表１ 无线传感器 网络解 决能量 问题的方法对 比
采用 无线 电力 传输 技术 来 保证 无线 传感 器 网络 的能量 供 应 问题 日渐成 为一 个研 究 的热 门方 向 。其 实
能量 短缺 问题 的研究 过程 中 ， 大多 数研 究 者都从 以下两个 方 向分 析 ： （ １ ） 从 网络各 层 面人 手 ， 研究 各 组成 部
分如何实现能量的最小化消耗 ， 即所谓的节能 ； （ ２ ） ￣ １ １ 何对能量不足的网络实现能量再供给 ， 以求延续整
个 网络 的使 用寿命 ， 即所谓 的充能 可持 续利 用 ＿ ３ ｊ 。前者 尽量 做 到让各 个层 面 的能 量消 耗降 到最 低 ， 如利 用
１ 无 线 充 电技 术 的 分 类和 原 理
早在 １ ９ ０ ０ 年， 著名物理学家兼 电气工程师尼古拉 ・ 特斯拉就提 出无线 电力传输＿ ７ 理论 并进行 了一系
列 的实验 ， 但 由于特 斯拉 开始 实验 的思路 是在 大 范 围电场 内实现 远距 离传输 ， 以 当时的实 验条 件 以及 客 观
光方 式 。这 四种无 线充 电技术 的对 比如 表 ２ 所示。
表 ２ 四种 无线充电技术对比
１ ． １ 电磁 感 应方 式
电磁感 应 方式利 用 的就是 变压 器 的磁感 应生 电 ， 交流 电 由能量 发送 端 整 流 、 逆 变产 生 高 频交 流 电 ， 并 通过 分离 功率 变压器 输送 到能 量接 收器 ， 能量 接 收端将 接 收 的能 量 通过 整 流或 逆 变 得 到直 流 或 者 交流 电 能 。这种 技术 在部 分领 域 已经得 到应用 ， 包 括 电动剃 须刀 、 电动 牙刷 、 净水 器 和无绳 电话 等 ， 但 是 其局 限性 就 在于传 输距 离短 ， 随 着传输 距离 的增 加 ， 传输效 率会 降低 ， 因此在 应用 方面 尚且局 限 于少数 领 域 。
更有效率 的网络传输协议 ， 平衡网络负载 ， 建立节能数据聚合树 ， 使用移动节点与移动簇头 ， 或者对节点进 行一系列的操作 ： 缩小传输范 围、 降低传输频率 、 睡眠调度等。后者则通过多种途径来给传感器 网络供给 能量 ， 比如风力供电、 太阳能供电等 ， 可是这类供电措施往往受制于客观环境条件而效果不理想 ， 无线电力 传输技术为能量收集提供 了可行的方案＿ ４ ｊ 。在 目前的研究 中， 针对节能的研究已经开展了很多 ， 但是 由于
于节 能方向 ， 但 随着 无线充电技术取得 突破性进 展 ， 现 已可从 主动能量供 应方面来对无线传 感器 网络进 行能量管 理。文章 首先介 绍了无线传感器 网络 的能量 短缺问题 以及无线 电力 传输技术 的基本 原理 、 方法 、 优 缺点和 发展状 况 ， 进 而 阐述 了在
无线传感 器网络 中运用无线 电力传 输技 术的方法 、 进 展和存在问题 ， 并对 无线充电技术 的下一步研究重点做 出了展 望。
Байду номын сангаас
现实来说是不可能实现的， 但是其提出的理论为后人研究无线电力传输提供了巨大 的帮助 。无数研究者
进行了大量 的理论研究和实验研究 ， 将无线电力传输的研究推向了一个很高的高度。就 目前的无线 电力
传输 技术 而言 ， 主要 有 以下几 种传输 方 式 ： 电磁感 应方 式 ， 磁 共振 方 式 （ 即磁 耦 合 共振 原 理 ） ， 微波方式 ， 激
广东石 油化 工学 院学 报
２ ０ １ ５钲
在很 早 的时候 ， 对无 线 电力传 输技 术 的研究 已经 进行 了很 多 ， 并且 在 实 现无 线 传 输 电力 的过 程 中 ， 研 究 者 们基 于不 同的原理 开发 了很 多不 同 的传 输技 术 。于是 在众 多技术 中选取 一种 最适合 无线 传感 器 网络使 用 的技术也 成 了传感 器 网络研究 者们 潜 心研究 的课 题 。
收稿 日期 ： ２ ０ １ ４—１ １ —０ ９ ； 修 回 日期 ： ２ ０ １ ４—１ １ —２ ５ 基金项 目： 茂 名市科 技计划项 目（ ２ ０ １ ４ ０ ４ ７ ） 作者 简介 ： 叶奇 明（ １ ９ ７ ７ 一） ， 男， 湖北大冶人 ， 硕士 ， 副教授 ， 主要研究方向为传感器网络、 数据挖掘。
传 感器 网络 组成 的复杂 性 ， 无 论 怎么使 能 量 消耗最 小 化 ， 始 终 只能在 有 限 的 范 围能 降 低能 量 消 耗 ， 并不 能 真 正解 决 网络 的最 终能 量短 缺 问题 。为 了使传 感 器 网络 的 寿命 更 长 ， 使 其 能 够在 硬 件 无 损坏 的情 况 下持 续 工作 ， 现 在更 多 的研究 者 开始 把 眼光投 入 主动能 量 供应 的研 究 中 。主 动能 量供 应 包 括 收集 网络 周 围环
Ｆ ｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ｙ ２ ０１ ５
２ ０ １ ５ 年 ２月
无 线 充 电技 术 在 无 线 传 感 器 网 络 中的 应 用 现 状
叶奇 明
（ 广 东石ｉ ｄ ￣ ４ － Ｌ ． ｚ ． ． 学院 理 学院， 广 东 茂名 ５ ２ ５ ０ ０ ０ ）
摘要 ： 在无线传感器 网络 的应 用中普遍存在一个急需 解决 的问题——整个 网络 的能量 限制 问题 。 目 前 能量管理 研究侧 重
第 ２ ５ 卷
第 １ 期
广 东石 油化 工学 院 学报
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
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