Revision:Wireless Power Transfer in Wirelessly Powered Sensor Networks: A Review of Recent Progress

Problema:  batería de los nodos sensor

                    con el creciente número de dispositivos inalámbricos, el suministro de energía sin interrupciones se vuelve cada vez más comple

 análisis exhaustivo de las técnicas de transferencia de energía inalámbrica (WPT) Ofrecemos una descripción general de las técnicas que habilitan la arquitectura correspondiente. Asimismo, comparamos las técnicas en términos de sus ventajas, limitaciones, características destacadas y objetivos de optimización. Asimismo, presentamos las técnicas clave y las herramientas que las habilitan.

Contribución de este estudio 

Este estudio tiene como objetivo investigar los modelos de red actuales de WPT mediante la revisión de las técnicas que permiten construir una WPSN. 

Se proporciona una breve descripción general del escenario de aplicación motivador de las técnicas de transferencia de potencia inalámbrica en WPSN. También se revisan la arquitectura y los bloques de construcción fundamentales de una WPSN. 

 Las técnicas WPT existentes se clasifican en tres modelos de red: WPT, SWIPT y WPCN. Posteriormente, se revisan doce técnicas y se abordan en términos de la estrategia operativa básica. 

 Luego, las doce técnicas se discuten comparativamente en profundidad en términos de la idea principal, las ventajas, las limitaciones, el objetivo centrado en el rendimiento, las métricas consideradas y las características sobresalientes para proporcionar una idea de cómo seleccionar la técnica apropiada para las aplicaciones. 

Se discuten las técnicas cruciales para mejorar la eficiencia de WPT y los marcos que permiten WPT para mejorar el rendimiento de WPT en WPSN. Además, se presentan algunos nuevos desafíos y futuras direcciones de investigación para motivar futuros esfuerzos de investigación en WPSN.

nos centramos en el progreso reciente de la WPT dirigida a las WPSN

Secciones del paper

En la Sección 2, se presenta un escenario de aplicación motivador. 

En la Sección 3, se presenta una descripción general de los componentes básicos de las WPSN. 

En la Sección 4, se clasifican y revisan en profundidad las técnicas de WPT existentes. 

En la Sección 5, se revisan las doce técnicas en función de sus ventajas, limitaciones y objetivos de diseño. 

En la Sección 6, se discuten las principales técnicas para mejorar la eficiencia de las WPT, así como los marcos que permiten el estudio de las WPSN. 

En la Sección 7, se presentan algunos retos pendientes para futuras ampliaciones que impulsen la investigación en este campo. 

Finalmente, el artículo concluye en la Sección 8. 

estado del arte 

En [6]  analizaron diversas técnicas para mejorar el rendimiento de las WPCN se centraron en las redes de comunicación sin considerar otras técnicas de transferencia inalámbrica de energía

En [7], los autores estudiaron el desarrollo histórico de la tecnología de transferencia inalámbrica de energía y analizaron tres categorías de WPT en términos de arquitectura, ventajas, limitaciones y posibles limitaciones para las WSN  no abordaron los problemas frecuentes en la implementación de estas tecnologías

En [8], los autores presentaron una breve descripción general de la transferencia inalámbrica de información y potencia (WIPT) basada en múltiples antenas y las métricas de rendimiento relacionadas con su implementación

clasificaron la WIPT en comunicación inalámbrica y transferencia inalámbrica simultánea de información y potencia, a lo que siguieron una breve discusión de estos dos modelos y su integración en sistemas MIMO (múltiples entradas y múltiples salidas) a gran escala.

en [9], presentaron un estudio exhaustivo de las tecnologías de carga inalámbrica de última generación, junto con la perspectiva de aplicación de las redes de comunicación inalámbrica

a. En [10], estudiaron el desarrollo histórico de la WPT, seguido de una descripción general fundamental y los detalles técnicos de su implementación en dispositivos biomédicos. Asimismo, destacaron la transferencia inalámbrica simultánea de información y potencia desde la perspectiva de la implementación de dispositivos biomédicos implantables.

Los autores de [11] se centraron exclusivamente en las redes de comunicación inalámbricas (WPCN), proporcionando conocimientos básicos, tecnologías facilitadoras y futuras líneas de investigación en este camp

 En [12], los autores proporcionaron una revisión exhaustiva de la transferencia inalámbrica simultánea de información y potencia (SWIPT) El estudio abarcó los aspectos fundamentales de la transferencia inalámbrica de potencia y la captación de energía por radiofrecuencia, tanto desde el punto de vista académico como industrial de la SWIPT 

En [13], los autores abordaron los avances recientes en SWIPT, centrándose en los aspectos de los dispositivos IoT desde las perspectivas radiativa y reactiva. 

En [14], los autores presentaron una revisión centrada en las regulaciones de radio para la transferencia inalámbrica de potencia por microondas desde una perspectiva historica 

Los autores de [15] presentaron una visión general histórica de WPT y WIPT, analizando los métodos más avanzados y los componentes fundamentales de ambos. 

En [16], los autores presentaron una revisión de los sistemas WPT y SWIPT asistidos por superficies reflectantes inteligentes (IRS).

Se ha propuesto una amplia gama de enfoques en la literatura para reducir el consumo de energía de los dispositivos IoT durante los tres modos activos. Estos incluyen la programación de tareas [28], la gestión dinámica de la energía [29] y la optimización del control del ciclo de CPU de la unidad de cómputo [30,31].

IoT puede requerir funciones de detección más complejas, como sensores de imagen complementarios de metal-óxido-semiconductor (CMOS) y sensores sísmicos [34]

. En [35], los autores consideraron el consumo de energía relacionado con la detección y la transmisión para resolver el problema de asignación de energía.

 TDK desarrolló la tecnología WPT mediante el uso de tecnologías de resonancia magnética para diversas aplicaciones industriales [37]

En [38], los autores propusieron una red de sensores alimentada inalámbricamente por múltiples antenas, donde la energía eléctrica se transfiere desde una central eléctrica a un nodo sensor

En [39] se demostró la técnica de asignación de potencia utilizando múltiples antenas y una fuente aleatoria para estimaciones distribuidas.

La transferencia de una cantidad específica de energía desde una fuente de energía dedicada al dispositivo amplía los posibles escenarios de aplicación [17]. 

Clasificación de las técnicas de transferencia de potencia inalámbrica (WPT): CC [45], IP [46], MPT [47], LPT [48], SR [36], PS [49], TS [50] , AS [51], EB [52], JESC [53], WPCC [54] y MNC [55]. 

 Los autores en [56] enfatizaron la edad de la información como una métrica para una red de sensores con capacidad WPT

En [41], los autores demostraron una WPSN donde los nodos sensores transmiten información mediante energía inalámbrica transferida desde un grupo de transmisores de energía a un punto de acceso a la información situado a distancia

en [57] los autores propusieron una estrategia de planificación para maximizar la pérdida de paquetes de datos en una red de sensores con respecto al consumo de energía de los nodos y la información de la cola de datos

En [45], los autores presentaron un enfoque para transferir energía utilizando una barrera metálica. 

En [63], los autores explicaron el resonador de hilo de cuatro bobinas, utilizado principalmente en sistemas WPT de rango medio

En [66], los autores presentaron técnicas de carga inalámbrica de campo lejano para sensores inalámbricos

En [67], demostraron un sistema WPT adaptativo basado en una técnica de campo lejano que puede incorporarse en redes inalámbricas de sensores (WSN) pasiva

En [47], los autores investigaron la transferencia inalámbrica de energía mediante radiación de microondas. En particular, propusieron la incorporación de una superficie rectificadora electromagnética para rectificar las microondas sin reflexión. Esto permitió que la superficie rectificadora recibiera energía sin verse afectada por la reflexión. Los autores concluyeron que la solución propuesta podría alcanzar una eficiencia de hasta el 42 % en una distancia de 20 cm

En [48], los autores introdujeron un enfoque WPT basado en carga láser distribuida que ofrece una experiencia similar a la de la comunicación Wi-Fi. En consecuencia, en el modelo propuesto, se genera un láser mediante la energía eléctrica transmitida desde el transmisor DLC

Los autores de [36] introdujeron por primera vez la SWPIT, donde la información y la energía se recibían simultáneamente de la señal recibida

En [36], los autores adoptaron el método de conmutación horaria como uno de los dos métodos mediante los cuales el receptor puede adquirir energía e información

en [49] para mejorar la eficiencia energética de la WPSN, donde los autores formularon un problema de asignación de recursos.

una WSN compuesta por múltiples nodos sensores y un receptor. Los autores adoptaron un diseño de receptor de conmutación temporal para un nodo para permitir que el nodo de destino sirva tanto como receptor de información como como nodo de recolección de energía. El receptor fue responsable de recibir datos y transmitir energía a todos los nodos sensores. Todo el nodo sensor mantuvo una topología de árbol durante la tarea de monitoreo. Los autores propusieron un algoritmo de inicialización de programación para determinar la programación de transmisión, junto con la asignación de potencia de transmisión, tamaño de datos y tiempo de transmisión, que establece una programación sin conflictos para lograr la máxima eficiencia energética.

nuevo diseño del circuito receptor en toda la arquitectura, ya que los demás componentes pueden utilizarse como en el sistema de comunicación tradicional [50].

si algunas antenas realizan la decodificación de información, otras pueden seguir captando energía [51]. 

Se puede adoptar una señal que indique si se debe maximizar o minimizar el nivel de potencia en cada ranura de entrenamiento para evitar estas complejidades [52]. 

El HAP atiende a tres usuarios con diferentes niveles de energía. En este caso, el usuario más cercano con suficiente energía puede ayudar a transmitir la información al usuario más alejado. Los usuarios más alejados también pueden usar a los usuarios como retransmisores para enviar información al HAP. A primera vista, podría parecer que el usuario cercano consume más energía, así como una menor velocidad de transmisión de datos, ya que ayuda al usuario más alejado. Sin embargo, esto, a su vez, lo favorece, ya que la colaboración entre los usuarios permite que el HAP dedique una mayor parte del tiempo a la transmisión de datos en lugar de a la transferencia inalámbrica de energía [54].

o, determinar el número ideal de nodos de energía, su ubicación y el punto de acceso en una WPCN multinodo siguen siendo problemas críticos que pueden afectar al rendimiento a largo plazo [55]. 

, [41] consideró un modelo de red en el que la información común se envía a un punto de acceso situado lejos a través de varios nodos de sensores utilizando energía cosechada. Usando este modelo, los autores maximizaron la relación señal-ruido (SNR) recibida en el punto de acceso de información. 
. En [38], los autores investigaron una WPSN con múltiples antenas, donde la energía se transfirió de forma inalámbrica a un sensor utilizando una onda electromagnética. 

En [42] se introdujo una superficie reflectante inteligente integrada con una WPSN para maximizar el rendimiento de la transferencia de energía y de información. Para lograrlo, los autores ajustaron el desfase del elemento reflectante de forma que se maximizaran conjuntamente la asignación del tiempo de transmisión y el desfase del WET y el WIT

una parte de la señal recibida se transmite de vuelta a la fuente, que se utiliza principalmente para la identificación de RF [43].

n [44], los autores investigaron la aleatoriedad de la comunicación por retrodispersión mediante técnicas de resolución de colisione

s. En [69], los autores propusieron un modelo basado en la teoría de juegos en el que la potencia de transmisión del enlace ascendente se medía por cada sensor del juego. De este modo, al alcanzar el equilibrio de Nash, se alcanzó la trayectoria en la que se puede alcanzar la potencia óptima , optimizando así el objetivo de maximizar los ingresos.

[70] propuso un algoritmo distribuido que se adapta automáticamente al seleccionar nodos según sus condiciones energéticas. Posteriormente, los nodos se programaron para minimizar la latencia. Los autores demostraron que, en comparación con otros algoritmos de vanguardia, la diferencia de latencia era del 2%.

En [70], los autores consideraron un proceso de decisión de Markov, en el que consideraron el consumo de energía y la cola de datos para formular problemas de WPT y transmisión de datos. Dado que se trata de un escenario muy común, los sensores podrían no tener suficiente información sobre el nivel de batería y la longitud de la cola de datos

n [71] consideraron SWIPT para cargar nodos de retransmisión con energía limitada en una WSN agrupada 

el sistema puede transmitir información cooperativamente entre clústeres  . Dado que los nodos de retransmisión consumen energía adicional para el reenvío de datos, estos nodos pueden obtener energía como compensación

en [72] propusieron un sistema de este tipo, en el que la estación de energía móvil puede seleccionar una ruta potencial a la vez, sin poder cambiarla hasta que regresa a la estación de carga.  la estación de energía móvil podía recorrer una ruta planificada para cargar el sensor en cada área. Utilizaron una política de decisión de Markov para establecer su modelo y la emplearon para optimizar conjuntamente la planificación de la ruta 

En [73] se investigó una política de selección conjunta para nodos de transmisión en un entorno de escuchas ilegales . En este diseño, los nodos intentaron recolectar energía de una fuente de energía utilizando un interceptor pasivo. Cuando los nodos se cargaron con éxito, se programaron oportunistamente para transmitir datos a la estación base. Los autores asumieron que el modelo de recolección de energía (EH) sigue un modelo no lineal. Los autores también formularon un problema de asignación de potencia relacionado con la potencia de transmisión e interferencia. Este estudio se centró principalmente en abordar el problema del rendimiento del secreto y la selección de nodos para redes IoT, con especial énfasis en la recolección de energía. El nodo con el mejor estado de canal se dedicó a transmitir datos, mientras que el peor se utilizó para interferir la señal transmitida por el receptor. Esto minimizó el impacto en la estación base

  en [74] enfatizó la eficiencia energética mediante una política de asignación óptima de recursos. Los autores consideraron una WPSN compuesta por una sola antena y varios sensores de antena única, donde los sensores recolectaban energía de un punto de acceso híbrido cibir energía, el sensor podía transmitir información utilizando acceso múltiple no ortogonal. Los autores formularon un problema de maximización de la eficiencia energética considerando el tiempo de recolección y la potencia de transmisión. Se propuso un algoritmo basado en la optimización de enjambre de partículas , debido a su estabilidad y rápida convergencia. 

Las WSN se utilizan ampliamente en campos como la vigilancia ambiental, la atención médica y los servicios de seguridad [76].

En [76], los autores presentaron una red de sensores inalámbricos con computación de borde móvil, donde intentaron resolver el problema de energía limitada mediante la introducción de WPT. Por consiguiente, propusieron un algoritmo para maximizar el número total de bits procesados. Dividieron el problema en varios subproblemas. Posteriormente, los resolvieron maximizando la capacidad del sistema de ciclo unitario.

 En [77], los autores derivaron un método de aproximación convexa sucesiva para optimizar las formas de onda para WPT. El diseño operaba de forma adaptativa para el canal selectivo de frecuencia y era una técnica fundamental para obtener el equilibrio entre la asignación de potencia en la portadora, que es la más fuerte, y la asignación de potencia entre varias portadoras. Esto dio como resultado una asignación no uniforme de potencia en un número n de portadoras

en [78] buscaron maximizar la tasa de usuarios secundarios que buscan captar energía utilizando WPT de enlace descendente mediante la optimización de la potencia de transmisión y la asignación de tiempo mediante la teoría de optimización convexa

o, la teoría de transporte óptimo [79] puede mejorar significativamente el modelado de sistemas energéticamente eficientes. 

  [83] para resolver problemas relacionados con la comunicación,

debido a su superioridad. 

se logró una precisión casi perfecta del 96% utilizando aprendizaje automático supervisado para clasificar la frescura de la leche [84].

en [85], los autores investigaron un método para controlar circuitos de adaptación sintonizables en un sistema WPT, incluyendo bobinas transmisoras , utilizando redes neuronales preentrenadas 

mantenimiento más eficaz de los sistemas de energía

[86].  

e la precisión de los modelos de aprendizaje no siempre proporciona una imagen real [87]. 

. El

aprendizaje por refuerzo (RL), otra subsección del ML, es otra técnica crucial utilizada en la literatura

[88].

el RL también puede gestionar

esquemas que requieren comportamiento adaptativo. Este sistema se propuso en [89], donde los

autores buscaron minimizar la probabilidad de interrupción de la transferencia de información mediante

la asignación dinámica de re

teoria

Las redes de sensores alimentadas inalámbricamente (WPSN) ofrecen varias ventajas, como proporcionar un suministro de energía estable y reducir los costos de mantenimiento. Gracias a la recolección de energía inalámbrica, los nodos sensores pueden ser móviles y pueden instalarse en paredes o incluso en cuerpos sin afectar sus capacidades [2].

os nodos sensores pueden recibir menos energía de la que deberían debido a que los dispositivos inalámbricos se encuentran lejos de los transmisores de energía. Además, esto puede afectar el rendimiento en varias ubicaciones [5].

en cuanto a los canales de comunicación. Durante la transferencia de energía, es posible que compartan el mismo espectro que el canal de comunicación. 

Se observó que el consumo de energía involucrado en la transmisión era mucho mayor que el consumo de energía involucrado en la detección y el procesamiento

Los condensadores resonantes para la sintonización resonante adaptada (que logran una alta eficiencia mediante el uso de materiales dieléctricos magnéticos miniaturizados) y soluciones optimizadas para sistemas de potencia a diferentes niveles de potencia. Estas tecnologías proporcionan diversas funciones, como el suministro de energía, no solo con brazos robóticos giratorios y cámaras de vigilancia, sino también con mayor fiabilidad y seguridad.

El concepto general detrás de un sistema WPT es transmitir energía eléctrica desde una fuente de energía utilizando un campo electromagnético a un circuito electromagnético, donde la energía se transmite y recibe sin la necesidad de un cable.

El concepto fundamental de la transferencia de energía inalámbrica es transformar la energía en un campo electromagnético, que luego se transmite al receptor de energía. La transmisión de energía a largas distancias y las aplicaciones de alta potencia son dos factores que juegan un papel crítico en el rendimiento de WPT [12].

Considerando la distancia entre el transmisor de energía y el receptor, las técnicas WPT existentes pueden clasificarse en dos categorías: campo cercano no radiativo y campo lejano radiativo

Campo cercano no radiativo

    Acoplamiento capacitivo (CC)

     Acoplamiento Inductivo (CC)

Campo lejano radiativo 

 la intensidad de la onda electromagnética no se debilita con el aumento de la distancia

comienza con la transmisión de potencia a través de una fuente de radiofrecuencia mediante una antena

 La potencia radiada se propaga por el aire hasta que el circuito de adaptación del receptor la capta y la convierte en electricidad mediante rectificación

 La potencia radiada se propaga por el aire hasta que el circuito de adaptación del receptor la capta y la convierte en electricidad mediante rectificación

 la salida de CC suministra energía al almacenamiento del dispositivo.

Transferencia de potencia de microondas (MPT) 

Transmitir potencia desde la fuente hasta el destino en forma de frecuencia de microondas [68].

, la corriente continua (CC) se convierte en una señal de microondas

Antes de transmitir la señal de microondas, esta pasa por un sintonizador y un acoplador direccional, de modo que la señal generada se separa según la dirección de propagación

 En el receptor, la antena recibe la señal de microondas, que se convierte de nuevo en corriente continua (CC).

Transferencia de potencia láser (LPT) 

Consiste en transformar la electricidad en forma de un rayo láser

algunas células fotovoltaicas (FV) adaptan el láser

y la longitud de onda transforma el láser nuevamente en electricidad en una forma utilizable

Usos de la WPT

Carga de vehículos eléctricos

Dispositivos sensores biomédicos

Suministro de energía en vehículos aéreos no tripulados (UAV) y satélite

Aplicaciones Textiles.

Carga de dispositivos portátiles

Monitoreo de Estructuras Civiles

Aprovechamiento de energía en IoT y redes inalámbricas de seguridad (WSN)

consumo de energía en inalámbricos 

1. Energía necesaria para la transmisión y recepción de radiofrecuencia. Dado que tanto el transmisor como el receptor de energía constan de componentes de RF (p. ej., convertidor analógico-digital (ADC) y mezclador), estos componentes requieren energía durante la transmisión y la recepción de la señal de energía a/desde una distancia determinada. 

2. Energía involucrada en el procesamiento de la información. El módulo sensor , compuesto por un chip sensor y un convertidor analógico-digital (ADC), detecta la información.

3. La energía utilizada en el modo activo se refiere a la energía consumida por la unidad de procesamiento interna del nodo sensor. Generalmente, la unidad de procesamiento consiste en una unidad de almacenamiento muy pequeña que ejecuta la tarea, completa el procesamiento de datos y mantiene las funcionalidades de los diferentes componentes presentes en el nodo sensor 

 Arquitectura básica de una WPSN

 

Un modelo WPSN consta de una baliza de potencia que transmite potencia a los nodos sensores ubicados en su área de cobertura. 

onjunto de antenas se integra con las balizas de potencia para permitir que transmitan potencia a través del haz de microondas

Los circuitos de conformación de haz deben mantener la fase y la magnitud de la señal a una velocidad óptima para garantizar que el haz de microondas se dirija de forma adaptativa

Tipos de Conjunto de Antenas

En un conjunto analógico, un oscilador genera una señal de radiofrecuencia.

 Un divisor de potencia divide la señal en rutas de radiofrecuencia individuales. 

Antes de que la antena transmita la señal, esta pasa por un atenuador variable, un desfasador y un amplificador. 

En conjunto, el atenuador variable y el desfasador provocan cambios en la magnitud y la fase

El conjunto de antenas digitales consta de un generador de señales moduladas digitalmente.

 El modulador digital incluye un convertidor digital-analógico (DAC), 

un filtro, 

un amplificador

 y un mezclador. 

La señal de banda base emitida por el DAC se transforma en una señal de radiofrecuencia (RF) mediante un mezclador

Al seleccionar el circuito de formación de haz, deben considerarse los requisitos de la transferencia de potencia inalámbrica por radiofrecuencia. 

Los conjuntos de antenas con un gran número de elementos deben tener un coste razonable. 

Dado que el conjunto digital requiere un convertidor DAC, su implementación es muy costosa, aunque ofrece mayor versatilidad que el conjunto analógico

Los nodos de sensores en la WPSN se pueden formar integrando un dispositivo sensor tradicional con un circuito de recolección de energía de radiofrecuencia. 

Los bloques de construcción básicos de los circuitos de recolección de energía incluyen lo siguiente: una antena receptora,

 una unidad para administrar la energía y un rectificador. 

La radiofrecuencia generada desde la antena se convierte en energía CC mediante un rectificador. 

hay varios componentes en la unidad de administración de energía, 

 un convertidor CC-CC, 

una batería para el almacenamiento de energía  las baterías pueden almacenar energía.  

y una parte del consumo de energía,consiste en una unidad de microcontrolador (MCU), sensores y un transceptor de radiofrecuencia. 

El transceptor es simplemente un chip que implementa estándares de comunicación de menor potencia y Bluetooth de baja energía. 

El MCU es una combinación de una unidad central de procesamiento, memoria y periféricos. 

La MCU recopila datos de los sensores y los envía a la baliza eléctrica con la ayuda de radiofrecuencia

Los nodos sensores tienen una fuente de alimentación limitada; por lo tanto, el modelo de consumo energético debe optimizarse para mejorar el rendimiento de la red. Además, los nodos sensores se encargan principalmente de la transmisión de información y del consumo energético, por lo que es necesario.

Para optimizar ambos conjuntamente. En un escenario práctico, la energía del nodo sensor se compone de la potencia consumida por el circuito y la potencia de detección.

Los nodos sensores transmiten información a un punto de acceso mediante diversas técnicas, como la formación de haz de energía [41,42] y la comunicación por retrodispersión [43,44]. 

Pueden equiparse con una antena para realizar diversas tareas, como la transmisión de energía e información

 , la interferencia del canal puede afectar el rendimiento general de la red.

En cuanto a la transmisión de información desde los nodos sensores hasta el punto de acceso, estos contienen información inicial que puede obtenerse compartiendo información entre ellos o midiendo la temperatura . 

También es necesario mantener la sincronización entre ellos en términos de frecuencia y tiempo. En un escenario de tiempo real, cuando los nodos sensores se activan durante la transmisión de información, se consume energía para la detección y también del circuito

Los puntos de acceso pueden adoptar acceso múltiple por división espacial para permitir que múltiples usuarios transmitan en el mismo bloque de recursos de frecuencia [53]

En WPT, los datos recopilados de simulaciones de circuitos pueden alimentarse a una red neuronal profunda y determinarse la forma de onda óptima. Más específicamente, con datos de aprendizaje supervisado y entrenamiento consistentes en la potencia de entrada, se puede alimentar la carga y la mejor forma de onda puede clasificarse como la salida de la red [80–82].

tecnicas WPSN

 WPT, donde solo se transfiere potencia

SWIPT envia simultáneamente información y energía

WPCN el flujo de información y la transmisión de energía se gestionan por separado mediante un enlace ascendente y un enlace descendente. 

Redes WPT

 El sistema consta de una o varias balizas de energía y receptores de energía. 

 los dispositivos sensores son alimentados por balizas de energía distribuidas aleatoriamente que son recibidas por receptores de energía

Transferencia inalámbrica simultánea de información y potencia (SWIPT)

facilita la transferencia simultánea de información y energía mediante la comunicación de enlace descendente

En SWIPT, se utiliza una señal de radiofrecuencia que puede transportar tanto energía como información para posibilitar este fenómeno

n dos receptores de circuitos diferentes para realizar tanto la decodificación de información como la recolección de energía, ya que es imposible integrar la recolección de energía y la decodificación de información en la misma señal recibida, debido a la posibilidad de que el contenido de información de la señal se vea afectado por la operación de recolección de energía

utilizar las señales recibidas por separado o usar antenas diferentes para una tarea específica. 

: (a) arquitectura de receptor separado con receptor separado para decodificación de energía e información, 

e pueden observar varios canales utilizando estas dos antenas

(b) arquitectura de conmutación de tiempo donde el tiempo se asigna a la antena particular para la recolección de energía y la decodificación de información,

solo cuentan con una antena

n. El receptor consta de un recolector de energía de radiofrecuencia, un decodificador de información y un interruptor para ajustar entre diferentes modos

 (c) arquitectura de división de potencia donde el receptor de división de potencia divide la señal en dos flujos de potencia dependiendo de la relación de división de potencia, 

señal recibida se divide en dos flujos con diferentes niveles de potencia. Tras esta etapa, los niveles de potencia se transfieren al recolector de energía y al decodificador de información

os demás componentes pueden utilizarse como en el sistema de comunicación tradicional

 

(d) receptor de conmutación de antena que cambia entre antenas para la recolección de energía y la decodificación de información según el algoritmo de optimización.

Mientras que algunas antenas realizan una tarea específica , otras pueden realizar tareas diferentes.  si algunas antenas realizan la decodificación de información, otras pueden seguir captando energía

Redes de comunicación inalámbricas (WPCN)

la energía y la información se manejan por separado mediante la transferencia en el enlace descendente y ascendente

 

un punto de acceso híbrido (H-AP) con un suministro de energía suficiente coordina la energía y la información hacia/desde unos pocos usuarios con fuentes de energía limitada

o la transferencia de energía y la comunicación que pueden ocurrir en el mismo espectro, lo que podría generar interferencias cocanal

l rendimiento de las WPCN se ve afectado por una eficiencia inferior a la media y el alcance limitado de la transferencia de energía inalámbrica

. Formación de haces de energía

requiere antenas que permitan enfocar la energía hacia los receptores

La disponibilidad de enlaces de línea de visión (LOS) permite el uso de antenas tradicionales

os conjuntos de antenas requieren movimientos de manejo que se logran mediante un conjunto de antenas orientable, también conocido como formación de haz de energía.

 permite dirigir la energía al receptor de forma más eficaz

el receptor debe considerar varios parámetros, como la duración, la potencia de transmisión y las bandas de frecuencia

 los sensores inalámbricos tienen una capacidad computacional muy baja, lo que a su vez impide determinar la información del estado del cana

Programación y comunicación conjuntas de energía

a capacidad de transmisión de información no se puede alcanzar al máximo nivel porque, en cada dispositivo inalámbrico, se gasta cierta cantidad de energía durante la recolección de energía.

la consideración conjunta de la programación de energía y comunicación para evitar la interferencia del canal

a pueden ocurrir simultáneamente equipando múltiples antenas en el punto de acceso y los nodos de energía 

Los nodos de energía pueden incorporar conformación de haz de energía para dirigir los haces de energía hacia ciertos usuarios.

. Comunicación cooperativa inalámbrica 

Los usuarios pueden compartir recursos de energía y tiempo, y comunicarse de forma colaborativa con los puntos de acceso

 

. Cooperación entre múltiples nodos 

 La interconectividad entre los nodos de energía y los puntos de acceso a la información está garantizada por un enlace de retorno cableado/inalámbrico, que les permite llevar a cabo dicha cooperación

los nodos de energía forman un sistema de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) en la comunicación de enlace descendente, lo que les permite realizar una conformación de haz de energía distribuida para maximizar la cantidad de energía en el dispositivo inalámbrico de destino 

en el caso de la transmisión de energía de enlace ascendente, se construye un sistema multipunto coordinado que permite la decodificación colaborativa de los mensajes recibidos de los usuarios. Estos dos eventos pueden ocurrir simultáneamente, sin necesidad de una banda de frecuencia individual. La capacidad de omitir la interferencia durante la transferencia de energía se debe a la utilización de las señales de energía predefinidas recibidas de los nodos de energía

mejorar el rendimiento de WPT en WPSN 

 En un solo intervalo de tiempo, si la cantidad de potencia asignada es demasiado alta, puede resultar en una perturbación energética, lo que reduciría considerablemente la tasa de recolección de energía 

, si la potencia asignada es demasiado baja en un solo intervalo de tiempo, la recolección de energía puede ser muy alta y, en consecuencia, una batería podría no ser capaz de almacenar toda la energía, lo que resulta en un desperdicio de energía 

Formación de haz de energía

consumo de energía no despreciable está relacionado con la detección y la potencia del circuit 

Control óptimo de potencia 

requiere una cantidad mínima de potencia de transmisión para maximizar los ingresos

Programación de Energía

es esencial gestionarla adecuadamente para garantizar su transferencia eficiente y cumplir con los requisitos de calidad del servicio. Dado que recursos como las fuentes de radio y la energía son escasos, resulta más eficiente considerar un enfoque distribuido para la transferencia de energía inalámbrica, ya que requiere un intercambio de información muy bajo, lo que reduce la sobrecarga en el extremo de la red

. Captación de energía en redes cooperativas

 permite la retransmisión de información. En una WSN agrupada, los nodos intermedios posibilitan la retransmisión de información actuando como nodos de retransmisión entre múltiples clústeres. En este escenario, la asignación óptima de potencia y la determinación de la relación de reparto de potencia pueden mejorar significativamente la eficiencia energética general del sistema.

 Planificación de la ruta

Selección de nodos para evitar escuchas clandestinas

Evitar posibles escuchas clandestinas es uno de los problemas de diseño más cruciales que aún dominan el campo de las WPSN.

Asignación de recursos 

computación intensiva

es uno de los desafíos más significativos, principalmente porque los sensores tienen restricciones de energía

La integración de la computación de borde móvil con una red de sensores inalámbricos permite que la tarea se descargue al servidor de borde más cercano

Marcos facilitadores para la transferencia de energía inalámbrica 

Técnicas de optimización

Aprendizaje automático (ML) en WPT

no puede definirse mediante un modelo matemático

el modelo de rectenna y la arquitectura WPT, que se han mejorado tanto desde la perspectiva de optimización del sistema como de la señal

las técnicas de aprendizaje automático (ML) pueden desempeñar un papel crucial, ya que este enfoque tiende a generar una solución objetivo basada en el patrón subyacente de los datos de entrenamiento, en lugar de intentar modelar el problema matemáticamente

La red neuronal produjo un conjunto de valores de capacitancia, así como la selección de un solo transmisor entre los demás. Las técnicas de aprendizaje automático (ML) también han demostrado ser eficaces en esquemas de localización basados en descargas parciales (PD), donde las características de PD habilitadas por WPT se utilizan para entrenar modelos de ML supervisados que predicen la ubicación de las PD posteriormente.

Técnicas de teoría de juegos.  

La teoría de juegos es otra técnica ampliamente utilizada en las comunicaciones inalámbricas que permite modelar las interacciones entre varios tomadores de decisiones. Cada uno propone una acción que maximiza la utilidad. Estos tomadores de decisiones se conocen como jugadores, y sus movimientos se consideran acciones

trabajos futuros

Multiple Sensor Nodes;

Energy-Efficient WPSNs;

Duplex Mode;

WPSN multisalto;

Intercambio de información y poder;

WPSN habilitados por el IRS;

Transferencia de energía inalámbrica habilitada para UAV;

Comunicación por ondas milimétricas;

Conclusiones

Se presenta un estudio sobre la transferencia de energía inalámbrica en redes WPSN. Se proporciona una novedosa taxonomía, comparacion y analisis de tecnicas,las futuras líneas de investigación cruciales que impulsarán nuevos esfuerzos de investigación en WPSN.

Es esencial diseñar las WPSN considerando la escalabilidad del sistema y la eficiencia de la transferencia de energía. Para avanzar en las comunicaciones inalámbricas del futuro.