Internet vạn vật công nghiệp (IIoT) đề cập đến công nghệ kết hợp cảm biến không dây, bộ điều khiển và công nghệ truyền thông di động để làm cho mọi khía cạnh của quy trình sản xuất công nghiệp trở nên thông minh và hiệu quả. Vì IIoT có thể liên quan đến một số thiết bị và cảm biến chạy bằng pin nhỏ nên nhu cầu phát triển một mạng mạnh mẽ để truyền dữ liệu và truyền năng lượng nhằm giám sát môi trường IIoT ngày càng tăng.
Khung SWIPT-NOMA-DAS hiệu quả hơn 5 lần so với SWIPT-NOMA không có DAS và hoạt động tốt hơn 10% so với SWIPT-OMA-DAS, một sự thúc đẩy đáng kể cho công nghệ truyền thông IoT. Nhà cung cấp hình ảnh: Phó Giáo sư Dong-Wook Seo từ Đại học Hàng hải và Đại dương Hàn Quốc
Về vấn đề này, truyền tải điện không dây là một công nghệ đầy hứa hẹn. Nó sử dụng tín hiệu tần số vô tuyến để cấp nguồn cho các thiết bị nhỏ tiêu thụ điện năng tối thiểu. Gần đây, thông tin và truyền tải điện không dây đồng thời (SWIPT), sử dụng một tín hiệu tần số vô tuyến duy nhất để thực hiện đồng thời việc thu năng lượng và giải mã thông tin, đã thu hút được sự quan tâm đáng kể đối với IIoT.
Ngoài ra, với số lượng thiết bị thông minh ngày càng tăng nhanh, SWIPT đã được kết hợp với hệ thống đa truy cập không trực giao (NOMA), đây là một ứng cử viên đầy triển vọng cho IIoT nhờ khả năng kéo dài tuổi thọ pin của cảm biến và các thiết bị khác. Tuy nhiên, hiệu suất sử dụng năng lượng của hệ thống này giảm đáng kể theo khoảng cách truyền dẫn từ bộ điều khiển trung tâm.
Để khắc phục hạn chế này, một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Hàn Quốc, dẫn đầu bởi Phó Giáo sư Dong-Wook Seo từ Khoa Điện tử và Thông tin Điện tử tại Đại học Hàng hải và Đại dương Hàn Quốc, đã phát triển một khuôn khổ mới bằng cách áp dụng NOMA hỗ trợ SWIPT cho một hệ thống ăng-ten phân tán (DAS), cải thiện đáng kể hiệu suất năng lượng và quang phổ của IIoT.
Tiến sĩ Seo giải thích: “Bằng cách áp dụng DAS với các ăng-ten hỗ trợ tương đối gần người dùng biên dọc theo trạm cơ sở trung tâm, tổn thất của SWIPT-NOMA khi khoảng cách ngày càng tăng có thể được giảm bớt một cách hiệu quả. Điều này giúp cải thiện hiệu suất giải mã thông tin và thu hoạch năng lượng”.
Nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí IEEE Transactions on Industrial Informatics .
Các nhà nghiên cứu đã xây dựng thuật toán lặp ba bước để tối đa hóa hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống SWIPT-NOMA-DAS. Đầu tiên, họ tối ưu hóa việc phân bổ nguồn điện cho bộ điều khiển IoT trung tâm. Sau đó, việc phân bổ năng lượng cho việc phân bổ tín hiệu NOMA và phân chia công suất (PS) cho SWIPT đã được tối ưu hóa chung, đồng thời giảm thiểu tốc độ dữ liệu và yêu cầu năng lượng thu được.
Cuối cùng, nhóm đã phân tích một sự kiện ngừng hoạt động trong đó hệ thống không thể cung cấp đủ năng lượng và tốc độ dữ liệu, từ đó mở rộng phương pháp tối ưu hóa phân bổ nguồn và phân công PS chung cho kịch bản nhiều cụm.
Họ đã xác thực thuật toán của mình thông qua các mô phỏng số mở rộng và nhận thấy rằng hệ thống SWIPT-NOMA-DAS được đề xuất có hiệu suất năng lượng cao gấp 5 lần so với SWIPT-NOMA không có DAS. Ngoài ra, nó còn cho thấy hiệu suất được cải thiện hơn 10% so với SWIPT-OMA-DAS.
Nhấn mạnh tầm quan trọng của nghiên cứu, Tiến sĩ Seo cho biết: "Công nghệ này đảm bảo tiêu thụ năng lượng rất hiệu quả và mang lại nhiều lợi ích khác nhau như tiện lợi, tiêu thụ điện năng thấp và kéo dài tuổi thọ pin. Do đó, nó có thể được áp dụng cho điện thoại thông minh, máy tính xách tay, thiết bị đeo, và xe điện. Quan trọng nhất, hệ thống SWIPT-NOMA-DAS có thể tối ưu hóa việc phân bổ tài nguyên và thực hiện sạc không dây và truyền thông tin một cách hiệu quả cho người dùng trong môi trường IoT."
