對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用波束形成的無線充電平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開一般涉及無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并且更具體地涉及在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的無線充 電。
【背景技術(shù)】
[0002] 射頻（RF)系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN)是集成以提供各種應(yīng)用的兩種技術(shù)，特別 是在合并實(shí)體世界和數(shù)字世界（也稱為虛擬世界）。例如，當(dāng)能量約束限制了無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)性能時(shí)，RF能量采集方案可以被實(shí)施，以提供功率（能量）到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 各個(gè)節(jié)點(diǎn)，而進(jìn)一步延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的感測(cè)能力。在這樣的情況下，無線電力被有效地 和最佳地傳遞到各個(gè)節(jié)點(diǎn)。雖然在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中現(xiàn)有的無線電力傳輸系統(tǒng)和方法已普遍 足夠用于其預(yù)期目的，但沒有在所有方面都完全令人滿意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 在本文中公開用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線充電平臺(tái)和相關(guān)聯(lián)的無線充電方法。在 各種實(shí)施例中，無線充電平臺(tái)包括射頻能量分配器和數(shù)據(jù)聚合（REDDA)系統(tǒng)，該系統(tǒng)匯集 來自傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并使用波束形成RF信號(hào)向傳感器節(jié)點(diǎn)無線傳輸電力。在各種不同 的實(shí)施例中，無線充電平臺(tái)可包括射頻識(shí)別（RFID)讀取器，其包括REDDA系統(tǒng)。在各種不 同的實(shí)施例中，無線充電平臺(tái)可包括具有REDDA系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，RFID讀 取器用作網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。
[0004] 該REDDA系統(tǒng)可基于與所述傳感器節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的環(huán)境而設(shè)置波束形成RF信號(hào)的 輻射模式，其最大化到傳感器節(jié)點(diǎn)的射頻能量傳遞。用于波束形成RF信號(hào)的輻射模式可以 被設(shè)置以實(shí)現(xiàn)RF能量傳遞的定義服務(wù)質(zhì)量。通過設(shè)置波束形成信號(hào)的輻射模式，REDDA系 統(tǒng)可以選擇性地打開/關(guān)閉不具有電池的至少一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，和/或選擇性地充電至少 一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的電池。在各種不同的實(shí)施例中，REDDA系統(tǒng)從傳感器節(jié)點(diǎn)匯總數(shù)據(jù)，并在 不同的無線電頻帶上向傳感器節(jié)點(diǎn)無線發(fā)送功率。
[0005] REDDA系統(tǒng)可包括連接到IoT網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)（IoT)接口，以及REDDA系統(tǒng)可以使用 從Ι〇Τ網(wǎng)絡(luò)收集的信息來設(shè)置輻射模式。例如，該REDDA系統(tǒng)可以從IoT網(wǎng)絡(luò)收集關(guān)于與 傳感器節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的環(huán)境信息。
[0006] 在各種實(shí)施例中，REDDA系統(tǒng)包括電子掃描天線陣列，用于發(fā)射波束形成RF信號(hào)。 天線陣列的每個(gè)天線具有相關(guān)的消光系數(shù)和相關(guān)的漸進(jìn)相移，以及REDDA系統(tǒng)被配置以設(shè) 置相關(guān)的消光系數(shù)和漸進(jìn)相移來實(shí)現(xiàn)定義的服務(wù)質(zhì)量。天線陣列可以由一個(gè)或多個(gè)REDDA 模塊來形成，以提供各種天線陣列配置。每個(gè)REDDA模塊包括用于連接到另一個(gè)REDDA模 塊的至少一個(gè)通信端口。
[0007] 用于使用由天線陣列產(chǎn)生的波束形成的信號(hào)無線充電傳感器節(jié)點(diǎn)的方法可以包 括基于與該傳感器節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的環(huán)境確定波束形成信號(hào)的輻射方向，并調(diào)整天線陣列的天 線參數(shù)，使得天線陣列通過產(chǎn)生具有所確定的輻射模式的波束形成信號(hào)而無線發(fā)送電力到 傳感器節(jié)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0008] 當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，本公開內(nèi)容從下面的詳細(xì)描述中可以最好理解。需要強(qiáng)調(diào)，按 照業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)做法，各種特征未按比例繪制，并且僅用于說明目的。事實(shí)上，各種特征的尺 寸可任意放大或縮小為了清楚的討論。
[0009] 圖1是根據(jù)本公開的各個(gè)方面的示例性通信系統(tǒng)的示意框圖，用于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 中的無線電力傳輸。
[0010] 圖2A、圖2B以及圖2C是根據(jù)本公開內(nèi)容的各個(gè)方面使用波束形成機(jī)制的示例性 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的示意性框圖，用于在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中發(fā)射無線功率。
[0011] 圖3是根據(jù)本公開的各個(gè)方面，可以在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)用于無線發(fā)送功率的示例 性天線陣列的示意性框圖，諸如圖2A-2C中所示的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。
[0012] 圖4A、圖4B、圖4C和圖4D示出根據(jù)本公開的各個(gè)方面，可以由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的 陣列因子，諸如圖2A-2C中所示的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，以改變波束形成信號(hào)的輻射模式，用于發(fā)送無 線電力。
[0013] 圖5是根據(jù)本公開的各種方面能夠由發(fā)送無線功率的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的示例性波 束成形器扇區(qū)信息表的概略圖，諸如圖2A-2C中所示的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，用于最大化無線電力傳 輸。
[0014] 圖6是根據(jù)本公開的各個(gè)方面，提供位置感知到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)用于發(fā)射無線功率的示 例性通信系統(tǒng)的示意性框圖，諸如圖2A-2C中所示的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。
[0015] 圖7A和圖7B是根據(jù)本公開的各個(gè)方面，由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的示例性無線電力傳輸 方法的簡化流程圖，以無線充電傳感器節(jié)點(diǎn)，諸如圖2A-2C中所示的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 射頻（RF)系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN)是集成以提供各種應(yīng)用的兩種技術(shù)，特別 是在合并實(shí)體世界和數(shù)字世界（也稱為虛擬世界）。圖1是根據(jù)本公開的各個(gè)方面，用于在 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中優(yōu)化無線充電的示例性通信系統(tǒng)10的示意框圖（也稱為無線電力傳輸）。圖1 被簡化為清楚起見，以更好地理解本公開的發(fā)明概念。附加功能可在通信系統(tǒng)10被添加， 以及所描述的一些特征可以被替換或在通信系統(tǒng)10的其它實(shí)施例排除。
[0017] 在圖1中，通信系統(tǒng)10包括無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)12,諸如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)12包括與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)22進(jìn)行無線通信的傳感器節(jié)點(diǎn)20。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)20可以從它的 周圍環(huán)境收集數(shù)據(jù)（例如，無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)12)和經(jīng)由數(shù)據(jù)信號(hào)通信所收集的數(shù)據(jù)到網(wǎng)關(guān)節(jié) 點(diǎn)22,用于進(jìn)一步處理。任何數(shù)量的傳感器節(jié)點(diǎn)20,以及在一些實(shí)施例中任何數(shù)量的網(wǎng)關(guān) 節(jié)點(diǎn)22,可以在無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)12提供。在各種實(shí)施例中，無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)12可以包括數(shù)百或 甚至數(shù)千個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)20,其中至少一個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)22用于與傳感器節(jié)點(diǎn)20進(jìn)行通信。為 了進(jìn)行下面的討論中，以及在各種實(shí)施例中，無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)12表示無線電頻率識(shí)別（RFID) 系統(tǒng)，其中，傳感器節(jié)點(diǎn)20包括存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的RFID標(biāo)簽，以及網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)22包括無線地與RFID 標(biāo)簽進(jìn)行通信的RFID讀取器，以收集來自RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)并對(duì)其充電（功率）。在各種實(shí) 施例中，傳感器節(jié)點(diǎn)20可以分布在整個(gè)位置，例如，在建筑物（諸如，倉庫）內(nèi)和/或周圍， 其中網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)22可以跟蹤建筑物或?qū)ο?、人、?dòng)物、和/或與建筑物相關(guān)聯(lián)實(shí)體（統(tǒng)稱為物 體）相關(guān)聯(lián)的信息。在各種實(shí)施例中，傳感器節(jié)點(diǎn)20和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)22使用任何適當(dāng)?shù)耐ㄐ艠?biāo) 準(zhǔn)進(jìn)行無線通信，包括Wi-Fi (例如，IEEE 802. 11)、藍(lán)牙、IEEE802. 15. X通信標(biāo)準(zhǔn)（諸如， 智能電網(wǎng)IEEE 802. 15. 4g和/或WBAN IEEE802. 15. 6g)、其他適當(dāng)?shù)耐ㄐ艠?biāo)準(zhǔn)和/或它們 的變體。
[0018] 傳感器節(jié)點(diǎn)20可以包括具有相關(guān)聯(lián)的天線24(1)、24(2)、24(3)…24 (N)的傳感器 節(jié)點(diǎn)20(1)、20 (2)、20 (3)…20 (N)，其中N是無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)12中傳感器節(jié)點(diǎn)20的總數(shù)量。 每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)20可以包括感測(cè)單元、處理器、RF收發(fā)機(jī)以及能量源（也被稱為功率源）。 取決于無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)12的應(yīng)用，傳感器節(jié)點(diǎn)20可以具有相同或不同的感測(cè)、處理、傳輸、接 收和/或供電功能。感測(cè)單元包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，諸如光、磁、機(jī)械、熱、生物、化學(xué)、視 覺、紅外和/或其它類型的傳感器，用于監(jiān)控?zé)o線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)12內(nèi)部或周圍的各種參數(shù)。在 各種實(shí)施例中，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)20可以代表機(jī)器人。例如，傳感器節(jié)點(diǎn)20(N)包括具有各 種傳感器28 (在所示實(shí)施例中七個(gè)傳感器）的機(jī)械手26,其中網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)22可以從各傳感 器28無線采集數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點(diǎn)的電源20可以是內(nèi)部電源，諸如傳感器節(jié)點(diǎn)20的內(nèi)部電 池（例如，其中傳感器節(jié)點(diǎn)20包括有源RFID標(biāo)簽）、外部電源，諸如從網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)22(例如， 其中傳感器節(jié)點(diǎn)20包括無源RFID標(biāo)簽）接收到的RF能量，或其組合（例如，傳感器節(jié)點(diǎn) 20包括半無源RFID標(biāo)簽）。在各種實(shí)施例中，如下面進(jìn)一步描述，傳感器節(jié)點(diǎn)20以無線方 式從網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)22派生功率的至少一部分，尤其是從來自網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)22的能源，諸如RF能量。 在各種實(shí)施例中，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)20包括能量收集機(jī)構(gòu)，用于從外部源導(dǎo)出、捕捉和存儲(chǔ) 能量（例如，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)22的RF能量）。在一些實(shí)施例中，傳感器節(jié)點(diǎn)20僅操作關(guān)閉從網(wǎng)關(guān) 節(jié)點(diǎn)22收集的RF能量。
[0019] 如上所述，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)22可以聚集由傳感器節(jié)點(diǎn)20收集的數(shù)據(jù)。在各種實(shí)施例中， 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)22從傳感器節(jié)點(diǎn)20 (包括從傳感器節(jié)點(diǎn)20的各傳感器28)接收數(shù)據(jù)信號(hào)30,其 中包括關(guān)于每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)20的周圍環(huán)境的信息。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)22可通信所收集的數(shù)據(jù)到無 線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)12的網(wǎng)絡(luò)元件或通過網(wǎng)絡(luò)32向網(wǎng)絡(luò)元件。在各種實(shí)施例中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)22與無 線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)12中的主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和/或主機(jī)數(shù)據(jù)庫或者通過網(wǎng)絡(luò)32與主機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 和/或主機(jī)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行通信，它可以與用于處理從傳感器節(jié)點(diǎn)收集的信息的應(yīng)用進(jìn)行通信 20?？蛇x擇地，在各種實(shí)施例中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)22可以直接通過網(wǎng)絡(luò)32與應(yīng)用程序通信。如 本文所使用的，術(shù)語"網(wǎng)絡(luò)元件"可包括計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)家電、服務(wù)器、路由器、交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng) 橋、負(fù)載平衡器、防火墻、處理器、模塊或任何其他合適的設(shè)備、組