对于无线传感器网络使用波束形成的无线充电平台的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开一般涉及无线网络环境，并且更具体地涉及在无线网络环境中的无线充 电。
【背景技术】
[0002] 射频（RF)系统和无线传感器网络（WSN)是集成以提供各种应用的两种技术，特别 是在合并实体世界和数字世界（也称为虚拟世界）。例如，当能量约束限制了无线传感器网 络的网络性能时，RF能量采集方案可以被实施，以提供功率（能量）到无线传感器网络的 各个节点，而进一步延长无线传感器网络的感测能力。在这样的情况下，无线电力被有效地 和最佳地传递到各个节点。虽然在无线网络环境中现有的无线电力传输系统和方法已普遍 足够用于其预期目的，但没有在所有方面都完全令人满意。
【发明内容】
[0003] 在本文中公开用于无线传感器网络的无线充电平台和相关联的无线充电方法。在 各种实施例中，无线充电平台包括射频能量分配器和数据聚合（REDDA)系统，该系统汇集 来自传感器节点的数据并使用波束形成RF信号向传感器节点无线传输电力。在各种不同 的实施例中，无线充电平台可包括射频识别（RFID)读取器，其包括REDDA系统。在各种不 同的实施例中，无线充电平台可包括具有REDDA系统的网关节点。在一些实施例中，RFID读 取器用作网关节点。
[0004] 该REDDA系统可基于与所述传感器节点相关联的环境而设置波束形成RF信号的 辐射模式，其最大化到传感器节点的射频能量传递。用于波束形成RF信号的辐射模式可以 被设置以实现RF能量传递的定义服务质量。通过设置波束形成信号的辐射模式，REDDA系 统可以选择性地打开/关闭不具有电池的至少一个传感器节点，和/或选择性地充电至少 一个传感器节点的电池。在各种不同的实施例中，REDDA系统从传感器节点汇总数据，并在 不同的无线电频带上向传感器节点无线发送功率。
[0005] REDDA系统可包括连接到IoT网络的物联网（IoT)接口，以及REDDA系统可以使用 从Ι〇Τ网络收集的信息来设置辐射模式。例如，该REDDA系统可以从IoT网络收集关于与 传感器节点相关联的环境信息。
[0006] 在各种实施例中，REDDA系统包括电子扫描天线阵列，用于发射波束形成RF信号。 天线阵列的每个天线具有相关的消光系数和相关的渐进相移，以及REDDA系统被配置以设 置相关的消光系数和渐进相移来实现定义的服务质量。天线阵列可以由一个或多个REDDA 模块来形成，以提供各种天线阵列配置。每个REDDA模块包括用于连接到另一个REDDA模 块的至少一个通信端口。
[0007] 用于使用由天线阵列产生的波束形成的信号无线充电传感器节点的方法可以包 括基于与该传感器节点相关联的环境确定波束形成信号的辐射方向，并调整天线阵列的天 线参数，使得天线阵列通过产生具有所确定的辐射模式的波束形成信号而无线发送电力到 传感器节点。
【附图说明】
[0008] 当结合附图阅读时，本公开内容从下面的详细描述中可以最好理解。需要强调，按 照业界的标准做法，各种特征未按比例绘制，并且仅用于说明目的。事实上，各种特征的尺 寸可任意放大或缩小为了清楚的讨论。
[0009] 图1是根据本公开的各个方面的示例性通信系统的示意框图，用于优化网络环境 中的无线电力传输。
[0010] 图2A、图2B以及图2C是根据本公开内容的各个方面使用波束形成机制的示例性 网关节点的示意性框图，用于在网络环境中发射无线功率。
[0011] 图3是根据本公开的各个方面，可以在网关节点中实现用于无线发送功率的示例 性天线阵列的示意性框图，诸如图2A-2C中所示的网关节点。
[0012] 图4A、图4B、图4C和图4D示出根据本公开的各个方面，可以由网关节点来实现的 阵列因子，诸如图2A-2C中所示的网关节点，以改变波束形成信号的辐射模式，用于发送无 线电力。
[0013] 图5是根据本公开的各种方面能够由发送无线功率的网关节点实现的示例性波 束成形器扇区信息表的概略图，诸如图2A-2C中所示的网关节点，用于最大化无线电力传 输。
[0014] 图6是根据本公开的各个方面，提供位置感知到网关节点用于发射无线功率的示 例性通信系统的示意性框图，诸如图2A-2C中所示的网关节点。
[0015] 图7A和图7B是根据本公开的各个方面，由网关节点实现的示例性无线电力传输 方法的简化流程图，以无线充电传感器节点，诸如图2A-2C中所示的网关节点。
【具体实施方式】
[0016] 射频（RF)系统和无线传感器网络（WSN)是集成以提供各种应用的两种技术，特别 是在合并实体世界和数字世界（也称为虚拟世界）。图1是根据本公开的各个方面，用于在 网络环境中优化无线充电的示例性通信系统10的示意框图（也称为无线电力传输）。图1 被简化为清楚起见，以更好地理解本公开的发明概念。附加功能可在通信系统10被添加， 以及所描述的一些特征可以被替换或在通信系统10的其它实施例排除。
[0017] 在图1中，通信系统10包括无线网络系统12,诸如无线传感器网络。无线网络系 统12包括与网关节点22进行无线通信的传感器节点20。每个传感器节点20可以从它的 周围环境收集数据（例如，无线网络系统12)和经由数据信号通信所收集的数据到网关节 点22,用于进一步处理。任何数量的传感器节点20,以及在一些实施例中任何数量的网关 节点22,可以在无线网络系统12提供。在各种实施例中，无线网络系统12可以包括数百或 甚至数千个传感器节点20,其中至少一个网关节点22用于与传感器节点20进行通信。为 了进行下面的讨论中，以及在各种实施例中，无线网络系统12表示无线电频率识别（RFID) 系统，其中，传感器节点20包括存储数据的RFID标签，以及网关节点22包括无线地与RFID 标签进行通信的RFID读取器，以收集来自RFID标签的数据并对其充电（功率）。在各种实 施例中，传感器节点20可以分布在整个位置，例如，在建筑物（诸如，仓库）内和/或周围， 其中网关节点22可以跟踪建筑物或对象、人、动物、和/或与建筑物相关联实体（统称为物 体）相关联的信息。在各种实施例中，传感器节点20和网关节点22使用任何适当的通信标 准进行无线通信，包括Wi-Fi (例如，IEEE 802. 11)、蓝牙、IEEE802. 15. X通信标准（诸如， 智能电网IEEE 802. 15. 4g和/或WBAN IEEE802. 15. 6g)、其他适当的通信标准和/或它们 的变体。
[0018] 传感器节点20可以包括具有相关联的天线24(1)、24(2)、24(3)…24 (N)的传感器 节点20(1)、20 (2)、20 (3)…20 (N)，其中N是无线网络系统12中传感器节点20的总数量。 每个传感器节点20可以包括感测单元、处理器、RF收发机以及能量源（也被称为功率源）。 取决于无线网络系统12的应用，传感器节点20可以具有相同或不同的感测、处理、传输、接 收和/或供电功能。感测单元包括一个或多个传感器，诸如光、磁、机械、热、生物、化学、视 觉、红外和/或其它类型的传感器，用于监控无线网络系统12内部或周围的各种参数。在 各种实施例中，每个传感器节点20可以代表机器人。例如，传感器节点20(N)包括具有各 种传感器28 (在所示实施例中七个传感器）的机械手26,其中网关节点22可以从各传感 器28无线采集数据。传感器节点的电源20可以是内部电源，诸如传感器节点20的内部电 池（例如，其中传感器节点20包括有源RFID标签）、外部电源，诸如从网关节点22(例如， 其中传感器节点20包括无源RFID标签）接收到的RF能量，或其组合（例如，传感器节点 20包括半无源RFID标签）。在各种实施例中，如下面进一步描述，传感器节点20以无线方 式从网关节点22派生功率的至少一部分，尤其是从来自网关节点22的能源，诸如RF能量。 在各种实施例中，每个传感器节点20包括能量收集机构，用于从外部源导出、捕捉和存储 能量（例如，网关节点22的RF能量）。在一些实施例中，传感器节点20仅操作关闭从网关 节点22收集的RF能量。
[0019] 如上所述，网关节点22可以聚集由传感器节点20收集的数据。在各种实施例中， 网关节点22从传感器节点20 (包括从传感器节点20的各传感器28)接收数据信号30,其 中包括关于每个传感器节点20的周围环境的信息。网关节点22可通信所收集的数据到无 线网络系统12的网络元件或通过网络32向网络元件。在各种实施例中，网关节点22与无 线网络系统12中的主计算机系统和/或主机数据库或者通过网络32与主机计算机系统 和/或主机数据库进行通信，它可以与用于处理从传感器节点收集的信息的应用进行通信 20。可选择地，在各种实施例中，网关节点22可以直接通过网络32与应用程序通信。如 本文所使用的，术语"网络元件"可包括计算机、网络家电、服务器、路由器、交换机、网关、网 桥、负载平衡器、防火墙、处理器、模块或任何其他合适的设备、组