RF 무선 전력, 센서 네트워크의 편재화

우리는 인공지능(AI) 폭발의 시대에 살고 있습니다. 냉장고에서 강아지 그릇에 이르기까지 모든 것이 AI 뉴런 네트워크의 일부가 될 것입니다. 소프트웨어, 하드웨어 및 서비스를 포함한 AI 시장의 전 세계 매출은 2021년에 전년 대비 16.4% 성장하여 3,275억 달러에 이를 것으로 예상되며, 2024년에는 시장이 5,000억 달러를 돌파할 것으로 예상됩니다.

이러한 수치는 인상적이지만 AI는 다양한 소스의 풍부한 데이터를 지속적으로 제공받을 수 있을 때만 잠재력을 최대한 발휘할 수 있습니다. 고부가가치 AI 출력이 가능한 속도로 데이터를 수집하려면 유비쿼터스 센서 네트워크가 필요합니다. 센서는 AI 시냅스를 작동시키는 뉴런입니다. 이러한 시너지 효과는 출력의 빈도와 품질에 필수적입니다.

지난 몇 년 동안 센서는 IoT의 프레임워크로 각인되기 시작했습니다. 2022년에는 모션 센서가 전 세계 IoT 지원 센서 시장의 8.35%를 차지할 것으로 예상됩니다. 지원 센서 시장에서 창출된 총 수익은 2022년에 560억 달러에 이를 것으로 추정됩니다.

센서 네트워크는 고가치 AI의 채택과 이행을 진정으로 지원할 수 있도록 계속 확장되어야 합니다. 그러나 센서 네트워크의 확장 가능한 확장은 전원에 대한 액세스가 필요하기 때문에 배치 제한으로 인해 제한되고 있습니다. 그렇다면 어떻게 "불을 켜고 뉴런이 작동하도록 유지"할 수 있습니까?

역사적으로 센서는 전선 및/또는 배터리로 구동됩니다. 그러나 이러한 두 가지 옵션에는 모두 제한이 있습니다. 전선은 케이블 길이에 제한이 있고 파손 지점이 발생할 가능성이 있어 실행하는 데 비용이 많이 들고 종종 제한적일 수 있습니다. 배터리는 수명이 제한되어 있습니다. 정기적으로 교체해야 하며 사용 후 폐기됩니다. 요컨대, 필요한 시간 주기에 대해 신뢰할 수 없습니다. 반복적인 비용이며 환경적으로 지속 불가능합니다.

전통적인 권력에 대한 대안

전선과 배터리를 대체하는 것은 에너지 하베스팅(가용 에너지 포착)입니다. 또는 무선 충전(기기에 무선으로 전력을 공급하기 위한 에너지 생성)은 에너지가 예측 가능한 외부 에너지원에서 파생되고, 무선 센서 네트워크에 사용되는 것과 같은 소형 무선 자율 기기를 포함한 애플리케이션을 위해 캡처 및 저장되는 프로세스입니다.

무선 충전에는 여러 가지 방법이 있으며 간단히 살펴보겠습니다.

• 진동 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 개념입니다. 이 방법은 진동하는 기계에만 이상적입니다.

• 자외선/적외선 에너지가 제대로 작동하려면 송신기와 수신기 사이에 직접적인 가시선이 있어야 하며 장애물이 있으면 수신기에 전력이 도달하지 못합니다.

• 기 유도 충전이며 와트의 전력을 제공하지만 송신기와 수신기가 몇 밀리미터 떨어져 있는 애플리케이션에만 해당됩니다. 장치 정렬이 상당히 제한적입니다.

• 태양과 바람, 대부분의 경우 야외에 있어야 하므로 구축 비용이 많이 들고 기능이 약간 제한될 수 있습니다.

• 무선 주파수 (RF)는 가시선이 필요하지 않고 방수 인클로저에 전력을 공급할 수 있으며 저전력(μW ~ mW)이며 앞서 언급한 프로세스보다 더 다재다능합니다.

무선 센서 네트워크

RF 무선 전력 기술은 자기장이 아닌 무선 주파수 전자기파를 사용하여 장치를 충전한다는 점에서 독특합니다. RF 송신기는 전자 장치를 사용하여 RF 신호를 생성합니다. RF 신호는 안테나로 전송되고, 안테나는 RF 파를 장치에 내장된 수신기로 전송하고, 수신기는 안테나를 사용하여 수신합니다. 그런 다음 임베디드 칩을 사용하여 사용 가능한 DC로 변환됩니다. 이것은 장치에 전원을 공급하거나 배터리를 재충전합니다. RF 무선 전력의 전달은 잘 알려진 Friis 방정식을 사용하여 원거리에서 설명할 수 있습니다. 방정식은 전송 전력, 안테나 유형 및 RF 신호의 주파수가 서로 다른 거리에서 수신 전력에 어떻게 영향을 미치는지 보여줍니다.

RF 무선 전력은 여러 장치에 동시에 전원을 공급할 수 있는 충전 지점으로 구현할 수 있습니다. 송신기에서 몇 미터 떨어진 특정 장치를 향해 직접 보낼 수 있는 RF 빔으로; 또는 송신기 바로 앞에 초점을 맞춘 지점으로. 양방향 시스템(송신 및 수신)이기 때문에 대부분의 애플리케이션에 대해 솔루션을 설계할 수 있습니다. RF 무선 전력의 큰 장점 중 하나는 호텔, 사무실 단지, 캠퍼스와 같은 대규모 시설과 같이 다양한 환경과 구성에서 구현할 수 있다는 것입니다. 대부분의 경우 조명이 필요하지 않거나 온도 시스템이 정상 상태로 실행될 필요가 없는 호텔, 사무실 단지 또는 캠퍼스의 비어 있는 영역이 있습니다. 이러한 조건을 변경할 수 있는 기능(특정 빈 방에는 조명이 켜지지 않고 AC 또는 난방 시스템이 켜지지 않거나 덜 자주 가동됨)은 환경 친화적인 시설을 만들어 사용자 경험을 향상시키고 상당한 비용 절감을 제공할 수 있습니다.

일반적으로 센서 네트워크는 건물이 설계될 때 또는 구현의 복잡성으로 인해 대규모 리모델링 작업 중에만 통합됩니다. 그러나 RF 무선 전력을 사용하는 무선 센서 네트워크(WSN)는 구현을 훨씬 쉽게 만듭니다. 전선을 연결할 필요가 없으며 배터리 문제를 고려할 필요가 없습니다. WSN은 환경의 물리적 조건을 모니터링 및 보고하고 중앙 위치에서 수집된 데이터를 구성하기 위해 공간적으로 분산된 무제한 전용 센서를 가능하게 합니다.

오늘날 WSN은 여전히 ​​주로 배터리 전원에 의존하며, 언급한 바와 같이 완전히 신뢰할 수 있거나 바람직하지 않습니다. 그러나 WSN tech의 '코드 자르기' 사고 방식의 도입으로 감지가 눈에 띄지 않고 도달하기 어려운 장소에서 발생할 수 있습니다. 에너지 수확을 통합하면 설치 후 인간의 상호 작용을 제거함으로써 WSN의 다양성이 한 단계 더 발전하여 이러한 시스템이 유지 관리 없이 지속적으로 안정적으로 작동할 수 있습니다. 또한 에너지 수확은 초기 초기 비용을 추가하지만 더 큰 제어로 인한 경제적 ROI는 빠르며 향후 유지 관리(배터리 교체) 및 폐기가 없다는 것은 복합적인 영향을 미칩니다.

환경 모니터링 및 제어 외에도 이 기술을 적용할 수 있는 다른 방법에는 COVID-19 프로토콜을 지원하도록 설계된 배터리가 필요 없는 개인용 온도 스캐닝 시스템, 개인이 주변에 있는 것이 위험한 위험 물질 챔버 또는 보관 용기에서 배터리가 필요 없는 감지 등이 있습니다. , 심지어 기존 RFID 장비를 사용한 백신 온도 추적 - 대부분의 의료 환경에서 일반적인 관행입니다.

WSN에 대한 수요

AI에 대한 수요가 증가함에 따라 WSN에 대한 수요도 증가할 것입니다. 연구에 따르면 글로벌 무선 센서 네트워크 시장은 예측 기간 동안 14%를 초과하는 CAGR(연간 복합 성장률)로 성장할 것으로 예상됩니다. 그 규모는 2022년까지 15억 달러로 급증할 수 있습니다. WSN은 여러 가지 이유로 유익합니다. WSN은 유연하고 적응력이 뛰어나고 확장 가능하며 언제든지 새로운 장치를 수용할 수 있으며 배선 비용이 없기 때문에 비용 절감에 도움이 될 수 있습니다.

WSN의 필요성은 소매에서 창고, 제조 시설에 이르기까지 모든 비즈니스 영역에서 나타날 것입니다. 공공 장소에서도 신호등, 버스 정류장, 고속도로, 횡단 보도 등에서 WSN을 활용하고 있습니다. 사무실 건물은 WSN을 사용하여 직원의 위치를 ​​모니터링하고 자산 추적을 통해 건물 내 랩톱 위치를 확인합니다. 스마트 온도 조절기, 잠금 장치, 블라인드, 조명 및 플러그에서 오늘날 모든 것이 연결된 것처럼 보이고 더 많은 스마트 장치가 팝업되는 것을 보면 WSN에 대한 더 많은 문의가 있을 것입니다. 그들은 미래의 스마트 시티의 중추가 될 것입니다.

RF 무선 전력

무선 전력에는 여러 가지 옵션이 있지만 RF는 실내 및 실외 환경 모두에서 가장 신뢰할 수 있고 확장 가능한 형태의 무선 전력 전송입니다. 일반적으로 무선 전력은 식별 가능하고 예측 가능하기 때문에 에너지 수확보다 더 안정적입니다. 또한 RF 무선 충전 기술은 움직임이나 정확한 배치에 제약을 받지 않아 인덕션이 불가능한 기기를 수용할 수 있어 통합이 용이합니다.

무선 전력은 미래를 가능하게 하는 기술입니다. 이는 우리가 미래를 더 스마트하고, 안전하고, 친환경적이고, 더 좋게 만들 수 있는 방식으로 WSN을 배포할 수 있는 유연성을 제공할 것입니다.

이 기사는 Powercast(Pittsburgh, PA)의 CEO인 Charlie Goetz가 작성했습니다. 자세한 내용은 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호되고 있습니다.에서 Mr. Goetz에게 문의하십시오. 그것을 보려면 JavaScript가 활성화되어 있어야 합니다.; 또는 여기를 방문하십시오. .