[论文解读] 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 2

一句话总结

本文提出了移动能源互联网（MEI），一种下一代无线电力传输网络，可在数米至数十米的距离内实现长距离、大功率且安全的能源传输。通过采用谐振波束充电（RBC）技术实现多设备并行充电，MEI 通过解决电池充电这一关键挑战，弥补了物联网（IoT）的不足，将能源互联网（IoE）的概念拓展至移动领域，类似于移动互联网（MI）的发展。

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.

研究动机与目标

• 通过将有线电力网络转变为移动无线能源网络，应对随时随地获取电力的日益增长的需求。
• 通过实现持续的无线电力传输，克服物联网（IoT）部署中的主要瓶颈——频繁更换电池。
• 设计一种可扩展、安全且高效的无线电力传输框架，支持在移动范围内同时为多个设备供电。
• 建立分层功能架构与软件定义模型，以实现动态管理与互操作性。
• 将 MEI 定位为能源互联网（IoE）的移动演进版本，如同信息领域中从有线互联网向移动互联网的转变一样。

提出的方法

• 回顾并比较现有的无线电力传输（WPT）技术，识别其在传输距离、效率和多设备支持方面的局限性。
• 提出谐振波束充电（RBC）作为一种具有前景的长距离、大功率 WPT 方法，能够安全且并行地为多个设备供电。
• 定义 MEI 在室内和室外移动环境中的应用场景、系统配置与网络拓扑结构。
• 提出 MEI 的分层功能架构，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，以支持模块化设计与可扩展性。
• 开发软件定义的 MEI 模型，以支持动态资源分配、网络控制以及电力传输参数的实时自适应。
• 在 RBC 框架中集成安全机制，确保运行期间符合人体暴露限值要求。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在移动环境中实现无线电力传输，以支持数米至数十米的长距离和大功率供电？
• RQ2 哪种 WPT 技术能够实现多个物联网设备在长距离移动环境下的安全、并行充电？
• RQ3 如何设计一种类似移动互联网的可扩展、可管理的移动能源网络架构？
• RQ4 为实现在 MEI 中动态、自适应且安全的能源传输，需要哪些功能层级与软件定义控制机制？
• RQ5 与现有能源和信息网络相比，MEI 在可扩展性、安全性与应用潜力方面有何差异？

主要发现

• 谐振波束充电（RBC）可实现长距离、大功率的无线能源传输，具备同时且安全地为多个设备充电的能力。
• MEI 被提出为能源互联网（IoE）的移动延伸，类似于移动互联网（MI）从有线互联网发展而来。
• MEI 的分层功能架构支持模块化设计、互操作性，以及在多样化应用场景中对能源传输的动态管理。
• 软件定义的 MEI 模型支持集中式控制、实时自适应与移动能源网络中的高效资源分配。
• MEI 有潜力通过实现持续的无线供电，显著降低物联网设备对电池的依赖。
• MEI 通过可扩展、移动化且安全的无线能源传输，解决了物联网部署中长期存在的电池充电难题，填补了关键空白。