Efficient Deployment of Energy Antenna for Sensor Nodes with RF Charging

Öz

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.  

Anahtar Kelimeler

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

Kablosuz Şarjlı Algılayıcı Düğümler için Verimli Enerji Anten Konumlandırma

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

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

Kaynakça

1. Akyildiz I.F, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, Cayirci E. (2002). Wireless sensor networks: a survey, Computer Networks, (38), 393–422.
2. Moschitta A., Neri I. (2014). Power consumption Assessment in Wireless Sensor Networks, http://dx.doi.org/10.5772/57201.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.

9. Andersen J.B. (1997). UTD multiple-edge transition zone diffraction, IEEE Transactions on Antennas And Propagation, (vol:45,no:7) , 1093-1097.
10. 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.
11. Tabakcioglu, M.B. (2017), “A Top-down Approach to S-UTD-CH Model”, ACES Journal, vol. 32, no. 7, pp. 586-592.
12. 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.
13. 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.