Efficient Deployment of Energy Antenna for Sensor Nodes with RF Charging

Year 2019, Volume: 12 Issue: 3, 1627 - 1633, 31.12.2019

Selahattin Koşunalp , Mehmet Baris Tabakcioglu , Ahmet Zorlu

https://doi.org/10.18185/erzifbed.643642

Abstract

A sensor node has
processor, antenna, sensor and energy units. A large number of sensor nodes
generates wireless sensor network (WSN). The main problem of WSN is limited-energy.
A great number of MAC protocols are introduced to compensate the energy problem. In order to supply energy to sensor nodes, an external
solar panel, wind turbine and energy harvester are added to the architecture of
the nodes. Moreover, wireless energy transfer is used to meet the energy
problem of sensor node. Position, height and operating frequency of energy
antenna is so important to charge the sensor nodes efficiently. In this study,
ray theoretical models are used to calculate the electric field and generate
the coverage map. As the energy antenna is deployed to optimum place, charging
will complete in a short time.  

Keywords

wireless sensor networks, wireless energy transfer, electromagnetic wave propagation, coverage

Kablosuz Şarjlı Algılayıcı Düğümler için Verimli Enerji Anten Konumlandırma

Abstract

Bir sensör düğümü (SD)
işlemci, anten, sensör ve enerji ünitelerine sahiptir. Çok fazla sayıdaki
sensör düğümleri kablosuz algılayıcı ağları (KAA) oluştururlar. KAA’ların en
önemli sorunu kısıtlı enerjidir. Enerji problemini azaltmak için çok sayıda ortam
erişim kontrol (MAC) protokolü ileri sürüldü. Üstelik enerji ihtiyacını
karşılamak için harici güneş paneli, rüzgar türbini ve enerji hasat edici
sensör düğümüne eklendi. Dahası sensör düğümünün enerji ihtiyacını karşılamak
için kablosuz enerji transferi kullanıldı. Enerji anteninin yeri, yüksekliği ve
işlem frekansı sensör düğümlerinin verimli bir şekilde şarj etmede çok
önemlidir. Bu çalışmada, elektrik alan şiddetini ve kapsama alanı haritasını
çıkarmak için ışın teorisi tabanlı modeller kullanılmıştır. Enerji anteni
optimum bir yere yerleştirilirse, şarj işlemi en kısa sürede tamamlanacaktır.

Keywords

kablosuz algılayıcı ağlar, kablosuz enerji transferi, elektromanyetik dalga yayılımı, kapsama Alanı

References

• Akyildiz I.F, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, Cayirci E. (2002). Wireless sensor networks: a survey, Computer Networks, (38), 393–422.
• Moschitta A., Neri I. (2014). Power consumption Assessment in Wireless Sensor Networks, http://dx.doi.org/10.5772/57201.
• Kosunalp, S. (2016). A Performance Evaluation of Solar Energy Prediction Approaches for Energy-Harvesting Wireless Sensor Networks, International Journal of Applied Mathematics, Electronics and Computers, (Issue:1), 424-427.
• Zorlu, A. Kosunalp, S. Tabakcioglu, M.B. (2019). Coverage of energy antenna radiating in different frequencies for randomly distributed sensor nodes, 3rd International Conference on Advanced Engineering Technologies, 440-444.
• Kouyoumjian R.G., Pathak P.H. (1974). A Uniform Geometrical Theory of Diffraction for an Edge in a Perfectly Conducting Surface, Proceedings of the IEEE, (Volume: 62, Issue: 11), 1448-1461.
• Tabakcıoğlu M.B., Kara A. (2009). Comparison of Improved Slope Uniform Theory of Diffraction with Some Geometrical Optic and Physical Optic Methods for Multiple Building Diffractions, Electromagnetics, Cilt. 29, Sayı. 4, 303-320.
• Tabakcıoğlu M.B., Cansız A. (2014). Çoklu Kırınımlar İçeren Senaryolar için Elektromanyetik Dalga Yayılım Modelleri, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, (Cilt 19, Sayı 1), 37-46.
• Tabakcıoğlu M.B., Çorapsız M.R. (2016). EKDZ modelinin farklı bina dağılımları içeren senaryolara uygulanarak eğim kırınımı etkisinin araştırılması, SAÜ Fen Bil Der, (20. Cilt, 1. Sayı), 39-45.
• Andersen J.B. (1997). UTD multiple-edge transition zone diffraction, IEEE Transactions on Antennas And Propagation, (vol:45,no:7) , 1093-1097.
• Rizk, K., Valenzula, R., Chiznik, D. and Gardiol, F., “Application of the slope diffraction method for urban microwave propagation prediction”, IEEE Vehicular Tech. Conf., Ottawa, Canada, May 1998 Vol. 2, 1150 – 1155.
• Tabakcioglu, M.B. (2017), “A Top-down Approach to S-UTD-CH Model”, ACES Journal, vol. 32, no. 7, pp. 586-592.
• Tzaras, C. Saunders, S.R. (2001). An improved heuristic UTD solution for multiple- edge transition zone diffraction, IEEE Trans. Antennas Prop., Cilt. 49, Sayı. 12, 1678-1682.
• Kosunalp S. Tabakcioglu, M.B. (2017). “MAC Protocols for RF Energy-Harvesting Wireless Sensor Networks: A Survey”, International Journal of Computer Science and Information Security, vol 15, no. 4, 28-33.