[論文レビュー] Mobile Energy Internet

Mingqing Liu, Mingliang Xiong+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 3, 2018

Energy Harvesting in Wireless Networks参考文献 9被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、数メートルから数十メートルの距離にわたり、長距離、高出力、安全なエネルギー転送を可能にする次世代の無線電力送達ネットワーク「モバイルエナジーインターネット（MEI）」を提案する。共有可能な複数デバイスの充電を実現する共鳴ビーム充電（RBC）を活用することで、IoTの充電の根本的課題を解決し、エナジーインター�ネット（IoE）の概念をモバイル領域へと拡張する。

ABSTRACT

Similar to the evolution from wired Internet to mobile Internet (MI), the growing demand of power delivery anywhere and anytime appeals for power grid transformation from wired to mobile domain. We propose here the next generation of power delivery network -- mobile energy internet (MEI) for wireless energy transfer within a mobile range from several meters to tens of meters. MEI will be a significant complement for Internet of things (IoT), because battery charging is one of the biggest headaches for IoT devices. Since MEI relies on wireless power transfer (WPT), we at first review various WPT technologies and particularly introduce a promising long-range high-power WPT method, namely resonant beam charging (RBC), which can transmit wireless power to multiple devices concurrently and safely. Then, we specify the MEI application, configuration, and topology. Furthermore, we present the MEI layered functional architecture and software-defined MEI model. Finally, we discuss the features of MEI and outline its opportunities and challenges. MEI can be viewed as the expansion from Internet of energy (IoE) to mobile domain, which has the potential to play the similar role of MI in information technology.

研究の動機と目的

• ワイヤレス電力グリッドをモバイルで無線化することで、いつでもどこでも電力供給を可能にする需要に対応する。
• IoT展開の主要なブottleneckである頻繁なバッテリー充電の問題を解決し、継続的かつ無線での電力供給を実現する。
• 複数デバイスを同時に効率的かつ安全に供給できるスケーラブルで、セキュアかつ効率的な無線電力転送フレームワークを構築する。
• MEIのための階層的機能アーキテクチャとソフトウェア定義モデルを構築し、動的管理と相互運用性を可能にする。
• MEIをエナジーインター�ネット（IoE）のモバイル進化形として位置づけ、情報技術分野における有線インターネットからモバイルインターネットへの移行に類似させる。

提案手法

• 既存の無線電力転送（WPT）技術をレビュー・比較し、範囲、効率、複数デバイス対応における制限を特定する。
• 共鳴ビーム充電（RBC）を、長距離・高出力のWPT手法として、複数デバイスへの安全かつ同時充電が可能な有望な手法として導入する。
• MEIの応用シナリオ、システム構成、および屋内・屋外のモバイル環境におけるネットワークトポロジーを定義する。
• 物理層、データリンク層、ネットワーク層、トランスポート層、アプリケーション層を含む階層的機能アーキテクチャを提案し、モジュラー設計とスケーラビリティを実現する。
• 動的リソース割り当て、ネットワーク制御、電力送信パrameterのリアルタイム適応を可能にするソフトウェア定義MEIモデルを開発する。
• 運用中の人体被曝限度を超えないよう、RBCフレームワークに安全対策を統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにすれば、モバイル環境において数メートルから数十メートルの長距離、高出力の無線電力転送を実現できるか？
• RQ2 どのWPT技術が、延長されたモバイル範囲で複数のIoTデバイスを安全に同時に充電できるか？
• RQ3 モバイルインターネットに類似したモバイルエネルギーネットワークのためのスケーラブルで管理可能なアーキテクチャをどのように設計できるか？
• RQ4 MEIにおいて、動的で適応的かつ安全なエネルギー供給を実現するための機能レイヤーとソフトウェア定義制御メカニズムにはどのようなものが必要か？
• RQ5 スケーラビリティ、安全性、応用可能性の観点から、MEIは既存のエネルギー網および情報ネットワークと比べてどのように差別化されるか？

主な発見

• 共鳴ビーム充電（RBC）は、複数デバイスを同時に安全に充電できる長距離・高出力の無線エネルギー転送を可能にする。
• MEIは、モバイルインターネット（MI）が有線インターネットから進化したのと同様に、エナジーインター�ネット（IoE）のモバイル拡張形として提案される。
• MEIの階層的機能アーキテクチャは、モジュラー設計、相互運用性、多様な応用分野におけるエネルギー供給の動的管理を支援する。
• ソフトウェア定義MEIモデルにより、集中管理、リアルタイム適応、効率的なリソース割り当てが可能になる。
• MEIは、継続的かつ無線での電力供給を可能にすることで、IoTデバイスにおけるバッテリー依存度を顕著に低減する可能性を有する。
• MEIは、スケーラブルでモバイルかつ安全な無線エネルギー供給により、IoT展開における継続的なバッテリー充電の課題を解決し、IoT展開における重要なギャップを埋める。