Kompyuter tarmoqlari telekommunikatsiya texnologiyalari, 5 semestr

25.7. Simsiz sensor tarmoq tugunlarining energiya ta’minoti

Sensor tarmoq tugunlariga quyiladigan talablardan asosiysi, ularning avtonom ishlashining uzoq vaqt davomlanishi. Energiyani sarflashni kamaytirish masalasi tuzilishni optimizatsiyalash va tugunlarning analog va raqamli sxemalarining ishlash rejimlari hisobidan, va ushbu sxemalarning ishlashi uchun, tashqi muhitdan, energiyani olish hisobidan yechilishi mumkin. Bugungi kunda butun jahon bo‘yicha, batareya va simlardan holos bo‘lgan, ekologik toza va energiyaning cheklanmagan resurslariga ega, xizmat muddatida cheklov berilmagan avtonom simsiz sensor tarmoqlarini ishlab chiqish izlanishlar olib borilmoqda.

Atrof muhitimizda energiyaning asosiy to‘rtda manbasi mavjud: mexanik energiya (vibratsiyalar, deformatsiyalar), issiqlik energiyasi (harorat o‘zgarishlari), yoruqlik energiyasi (quyosh, infraqizil nurlar, radiochastotalar) va ximiyoviy energiya (ximiya, bioximiya). Ushbu manbalarning kuchliliklari har hil zichlikda (25.7-rasm).

27.7-rasm. Tashqi muhitdagi energiya manbalirining har hil turlari uchun kuchlilik zichligi (o‘zgarishgacha bo‘lgan).

Rasmda ko‘rsatilganidek, 10-1000mkVt chiquvchi quvvat ko‘rsatkichi 1 sm² yoki 1sm³ o‘lchamdagi manbalar uchun ma’qul. Quyosh energiyasi kuchli quvatni ta’minlaydi ( agarda 3.14 rasmdagi berilgan ko‘rsatkichlar, fotoelementlardagi 20% ortmaydigan, KPD ni almashtirish uchun solishtirmali koeffitsientlarga ko‘paytirilsa). Afsus, quyosh energiyasini quyosh tushmaydigan xonalarda olish mumkin emas. Demak, havo harorati tushishda energiyani olish mumkin emas, agar tushish yo‘q bo‘lsa yoki mavjud bo‘lmagan vibratsiyadan. Tashqi energiya manbai muhitga mos tarzda tanlanishi kerak, simsiz sensor tarmoqning atrofidagi tugunga, ya’ni tashqi muhitdan universal energiya manbai mavjud emas.

Sensor tarmoq tugunlarining tashqaridan energiyani olishi uchun, datchiklarning mikrokontroller va radio-uzatkichlar orqali energiyani sarflanishini kamaytirish zarur (sensorlar/ aktuatorlar bilan). Simsiz sensor tarmoq tugunlarining energiyani sarflashi 25.8-rasmda ko‘rsatilgan.

25.8-rasm. SST tugunlarining energiyani sarflash grafigi.

Sarflanadigan quvvatning uchta turin ajratish mumkin:

1) 1-5 mkVt: «int holat» rejimida energiyani sarflash;
2) 500 mkVt-1 mVt: faol rejimda energiyani sarflash;
3) 50 mVt: energiyani yetkazib berish cho‘qqisi.
Keltirilgan diagramma tahlili quyidagi natijalarni beradi.
Birichidan, simsiz tugunning ishlashi uchun tashqi muhitdan energiyani olish quvvati 1-5 mkVt tartibda bo‘lishi kerak, va bu mikroprotsessor va radiochastota chipining xolostoy rejimi uchun yetarli ko‘rsatkich hisoblanadi.
Ikkinchidan, energiyaning zamonaviy manbalari tashqi muhitdan simsiz sensor tarmoqlarinining faol rejimi uchun yetarli bo‘lgan energiya bilan ta’minlashni amalga oshira olmaydi (bu manbalarning chiqish quvvati uchun 500 mkVt-1 mVt da energiyani sarflashi 10-1000 mkVt ga teskari). Lekin, «spyaщiy» rejimda energiyadan foylanish sarfi ancha kam bo‘lganligidan,tashqi muhitdan ozuqlanadigan, simsiz sensor tarmoqlari 25.9-rasmdagidek ishlash davriyligini qo‘llash mumkin. Energiya (a) buferida saqlanadi (kondensatorlar, batareyalar) va buferdagi energiya yetarlicha bo‘lganida (biv) o‘lchash siklining bajarilishi uchun ishlatiladi. So‘ng tizim, yangi o‘lchash siklini kutish holatida bo‘ladi va «spyaщiy» rejimga qaytadi.

25.9-rasm. Simsiz sensor tarmoqning ishlash davriyligi.

Shu tariqa, tashqi muhitdan energiyani foydalanish orqali hoqlagan, tejamkor bo‘lmagan ham ilovani ozuqlantirish mumkin. Asosiy masala o‘lcham sikli chastotasining uzluksiz ishlab chiqariladigan energiyaga moslashuvi.Sensor tugunlarning energiyani sarflashi (R), bir o‘lcham sikli uchun zarur bo‘lgan energiyaning umumiy miqdorining (W), ushbu harakatning (f) chastotasiga ko‘paytirilishi bilan hisoblanadi:

R=W*f.
R,W va f orasidagi bog‘liqlik 25.10-rasmda berilgan.

25.10-rasm. Quvvat, energiya va chastotaning o‘z-aro bog‘liqligi.

Absissa o‘qi ( energiya Djoulda) va ordinata o‘qi ( o‘lchamlar chastotasi) bo‘yicha logarifmli o‘lchamni qo‘llash orqali, 100 mkVt o‘lchamda energiyani o‘rtacha sarflash egiluvchang koeffitsienti 1 teng bo‘lgan to‘g‘ri liniya bilan ko‘rsatilgan. Masalan, sensor tugunning t6liq ishlashi uchun (o‘lcham+ o‘zgarish + uzatish) 250-500 mkDj talab qilinadi. Demak, 100 mkVt quvvatlikni uzluksiz olish orqali, har bir 1-10 sekundta (0,1-1 Gs) sensor tarmoq tugunining to‘liq ishlashini ta’minlash mumkin.