Providing energy to wireless sensor networks is crucial to their sustainable operation. Sensor nodes are typically equipped with batteries as their operating energy source. However, when the sensor nodes are sited in almost inaccessible locations, replacing their batteries incurs high maintenance cost. Under such conditions, wireless charging of sensor nodes by a mobile charger with an antenna can be an efficient solution. When charging distributed sensor nodes, a directional antenna, rather than an omni-directional antenna, is more energy-efficient because of smaller proportion of off-target radiation. Also, with densely distributed sensor nodes, it can be more effective for some undercharged sensor nodes to harvest energy from neighboring overcharged sensor nodes than from the remote mobile charger, because it reduces the pathloss of charging signal due to smaller distances. In this study, we propose a hybrid charging scheme that combines charging by a mobile charger with a directional and omnidirectional antenna, and energy trading, e.g., transferring and harvesting, between neighboring sensor nodes. The proposed scheme is compared with other charging schemes. Simulations demonstrate that the proposed hybrid charging scheme achieves a significant reduction in the total charging time required for all sensor nodes to reach a target energy level.
무선 센서 네트워크의 지속 가능한 운영을 위해서는 에너지를 공급하는 것이 중요하다. 센서 노드는 일반적으로 배터리를 작동 에너지 원으로 갖추고 있다. 그러나 센서 노드에 거의 접근 할 수 없는 위치에 있는 경우 배터리를 교체하려면 유지 보수 비용이 높아진다. 이러한 조건 하에서, 안테나를 이용한 모바일 충전기에 의한 센서 노드 무선 충전이 효과적인 해결책이 될 수 있다. 무 지향성 안테나에 비해 지향성 안테나는 분산 센서 노드를 충전 할 때 오프 타겟 활동이 적기 때문에 에너지 효율적이다. 조밀하게 분포 된 센서 노드의 경우, 일부 과충전 센서 노드가 원격 모바일 충전기보다 인접한 과충전 센서 노드로부터 에너지를 수집하는 것이 더 효율적일 수 있다. 효율적인 이유는 충전거리가 짧아서 충전 신호의 경로 손실이 줄어들기 때문이다. 본 연구에서는 지향성 및 무 지향성 안테나를 이용한 모바일 충전기의 충전과 인접 센서 노드 간 에너지 교환 (예: 전송 및 수확)을 결합한 하이브리드 충전 방법을 제안한다. 제안 된 방안은 다른 방안과 비교하며, 시뮬레이션은 제안 된 하이브리드 충전 방식이 모든 센서 노드가 목표 에너지 수준에 도달하는 데 필요한 총 충전 시간을 현저하게 줄임을 보여준다.
