• Energy Research

En este documento, consideramos una red de comunicación inalámbrica (WPCN), donde una fuente de información de múltiples antenas de energía limitada, alimentada por una baliza de alimentación dedicada, se comunica con un usuario móvil (MU). La UM está equipada con una sola antena y su movilidad se caracteriza por el conocido modelo de movilidad de puntos de referencia aleatorios. Para obtener las ventajas con el uso de múltiples antenas en la fuente, adoptamos dos esquemas populares de transmisión de múltiples antenas, a saber, la transmisión de relación máxima (MRT) y la selección de antena de transmisión (tas). A diferencia de trabajos anteriores que consideraban solo escenarios estáticos, este documento tiene como objetivo investigar la energía inalámbrica y la transferencia de información en el escenario con un usuario móvil aleatorio bajoNakagami $m$ desvaneciéndose. Cabe destacar que un caso especial de nuestro análisis, es decir, el caso de desvanecimiento de Rayleigh, tampoco se ha examinado en la literatura, lo que mejora el valor de contribución del análisis propuesto. Teniendo en cuenta los esquemas MRT y tas, se derivan las expresiones de forma cerrada para la probabilidad de interrupción, el rendimiento medio del límite de retardo, el rendimiento medio tolerante al retardo, la tasa media de errores de bits (Ber) y el rendimiento bajo la restricción media de BER. El análisis cuantifica el impacto de los entornos de movilidad y propagación, que se caracterizan por el exponente de pérdida de trayectoria y el parámetro multitrayectoria para el enlace PB-AP y el enlace AP-MU, en el rendimiento de una WPCN. Los resultados analíticos se comparan con las simulaciones de Monte-Carlo para validar el análisis y proporcionar información útil sobre el impacto de diferentes parámetros en el rendimiento del sistema. Dans cet article, nous considérons un réseau de communication alimenté sans fil (WPCN), où une source d'informations multi-antennes limitée en énergie, alimentée par une balise d'alimentation dédiée, communique avec un utilisateur mobile (MU). La MU est équipée d'une seule antenne et sa mobilité est caractérisée par le modèle bien connu de mobilité par points de cheminement aléatoires. Pour bénéficier des avantages de l'utilisation de plusieurs antennes à la source, nous adoptons deux schémas de transmission multi-antennes populaires, à savoir la transmission à rapport maximal (MRT) et la sélection d'antenne d'émission (tas). Contrairement aux travaux précédents qui ne considéraient que des scénarios statiques, cet article vise à étudier le transfert d'énergie et d'informations sans fil dans le scénario avec un utilisateur mobile aléatoire sousNakagami- $m$ fading. Il convient de noter qu'un cas particulier de notre analyse, à savoir le cas de l'évanouissement de Rayleigh, n'a pas non plus été examiné dans la littérature, ce qui améliore la valeur de contribution de l'analyse proposée. En considérant à la fois les schémas MRT et tas, des expressions de forme fermée pour la probabilité de panne, le débit de limite de retard moyen, le débit tolérant au retard moyen, le taux d'erreur binaire moyen (BER) et le débit sous contrainte de BER moyen sont dérivées. L'analyse quantifie l'impact des environnements de mobilité et de propagation, qui sont caractérisés par l'exposant de perte de trajet et le paramètre de trajet multiple pour la liaison PB-AP et la liaison AP-MU, sur la performance d'un WPCN. Les résultats analytiques sont comparés aux simulations de Monte-Carlo afin de valider l'analyse et de fournir des informations utiles sur l'impact de différents paramètres sur les performances du système. In this paper, we consider a wireless-powered communication network (WPCN), where an energy-limited multi-antenna information source, powered by a dedicated power beacon, communicates with a mobile user (MU). The MU is equipped with a single-antenna and its mobility is characterized by the well-known random waypoint mobility model. To gain the advantages with the use of multiple antennas at the source, we adopt two popular multiple-antenna transmission schemes, namely maximal-ratio transmission (MRT) and transmit antenna selection (TAS). Differently from previous works which considered only static scenarios, this paper aims to investigate wireless power and information transfer in the scenario with a random mobile user under Nakagami-$m$ fading. It is noteworthy that a special case of our analysis, i.e., the Rayleigh fading case, has not been examined in the literature as well, which enhances the contribution value of the proposed analysis. Considering both MRT and TAS schemes, closed-form expressions for the outage probability, average delay-limit throughput, average delay-tolerant throughput, average bit error rate (BER), and throughput under average BER constraint are derived. The analysis quantifies the impact of the mobility and propagation environments, which are characterized by the path-loss exponent and multipath parameter for the PB-AP link and AP-MU link, on the performance of a WPCN. The analytical results are compared with Monte-Carlo simulations in order to validate the analysis and provide useful insights on the impact of different parameters on the system performance. في هذه الورقة، ننظر في شبكة اتصالات لاسلكية تعمل بالطاقة (WPCN)، حيث يتواصل مصدر معلومات متعدد الهوائيات محدود الطاقة، مدعوم من منارة طاقة مخصصة، مع مستخدم جوال (MU). تم تجهيز MU بهوائي واحد وتتميز حركتها بنموذج التنقل العشوائي المعروف. للحصول على المزايا باستخدام هوائيات متعددة في المصدر، نعتمد نظامين شائعين لنقل الهوائي المتعدد، وهما الإرسال الأقصى للنسبة (MRT) واختيار هوائي الإرسال (TAS). على عكس الأعمال السابقة التي اعتبرت سيناريوهات ثابتة فقط، تهدف هذه الورقة إلى التحقيق في الطاقة اللاسلكية ونقل المعلومات في السيناريو مع مستخدم جوال عشوائي في ظل تلاشيNakagami -$m$. من الجدير بالذكر أن حالة خاصة من تحليلنا، أي حالة تلاشي رايلي، لم يتم فحصها في الأدبيات أيضًا، مما يعزز قيمة مساهمة التحليل المقترح. بالنظر إلى كل من مخططات مترو الأنفاق و تاس، يتم اشتقاق تعبيرات مغلقة الشكل لاحتمال الانقطاع، ومتوسط إنتاجية حد التأخير، ومتوسط إنتاجية متسامحة مع التأخير، ومتوسط معدل خطأ البت (BER)، والإنتاجية تحت متوسط قيود BER. يحدد التحليل كمياً تأثير بيئات التنقل والانتشار، والتي تتميز بأسس فقدان المسار والمعلمة متعددة المسارات لرابط PB - AP ورابط AP - MU، على أداء WPCN. تتم مقارنة النتائج التحليلية بمحاكاة مونت كارلو من أجل التحقق من صحة التحليل وتقديم رؤى مفيدة حول تأثير المعلمات المختلفة على أداء النظام.

Energy Harvesting (EH) is envisioned as one of the potential solutions for a sustainable Wireless Sensor Networks, addressing the challenges of the scarcity of energy resources. In EH, the sensors replenish their batteries from a wireless signal received from a charging station, thus prolonging the network’s lifetime. In this paper, we investigate the strategic placement of the charging stations. This paper primarily contributes by proposing an online algorithm for strategic placement of charging stations, a critical challenge when future charging requests from sensors are unknown. The problem is initially formulated as an Integer Linear Program (ILP) that minimizes a cost function related to the average charging time of the sensor nodes. It is shown analytically that the online algorithm achieves a competitive ratio of $\mathcal {O}(\log (J)\log (I))$ , with a probability of success of $1 - {}\frac {1}{J}$ , where J is the number of sensors, and I is the number of charging stations. Simulation results show the ILP achieves at least 40% increase in the total harvested energy while reducing the total costs by at least 12% when compared to fixed deployment of the charging stations at the center of the network, as well as certain scenarios where the online algorithm outperforms the fixed deployment in all metrics.