KR101863237B1 - Energy management method for transmitter in microwave power transfer system and energy management method for microwave power transfer system - Google Patents
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Abstract
무선전력전송시스템에서 송신기의 전력 관리 방법은 송신기가 마이크로파를 송신하는 단계, 상기 송신기가 수신기로부터 상기 마이크로파로 수신한 전력값 및 저장한 전력량에 대한 정보를 수신하는 단계, 상기 송신기가 상기 전력값 및 상기 전력량을 기준으로 하나의 프레임에서 마이크로파를 전송하는 지속시간 및 상기 지속시간 동안 전송하는 마이크로파의 세기를 결정하는 단계 및 상기 송신기가 상기 수신기의 활동 시간에 상기 세기를 갖는 마이크로파를 상기 지속시간 동안 송신하는 단계를 포함한다.A power management method of a transmitter in a wireless power transmission system includes the steps of transmitting a microwave by a transmitter, receiving information on a power value and a stored power amount received from the receiver by the microwave, Determining a duration of transmitting the microwave in one frame and a strength of the microwave transmitted during the duration based on the amount of power and transmitting the microwave having the intensity at the active time of the receiver to the transmitter during the duration .
Description
이하 설명하는 기술은 무선전력전송시스템에서 전력을 관리하는 기법에 관한 것이다.The techniques described below relate to techniques for managing power in a wireless power transmission system.
마이크로파 무선전력전송 기술은 종래 자기유도 및 자기공명 등의 무선전력전송 기술보다 먼 거리에 있는 수신단에 전력을 전송할 수 있다. 현재 장거리 무선전력전송은 수신단에 도달하는 전력의 크기가 상대적으로 작은 편이므로 IoT 센서네트워크를 구성하는 저전력 센서노드 원격 충전에 유용하게 사용될 수 있다.Microwave wireless power transmission technology can transmit power to a receiving end that is farther than a wireless power transmission technique such as magnetic induction and magnetic resonance. Current long-range wireless power transmission can be useful for remotely charging low-power sensor nodes constituting the IoT sensor network since the power reaching the receiving end is relatively small.
종래 센서 네트워크에 대한 기술은 주로 센서 노드의 활동 주기를 최적화하는 것이었다. 이하 설명하는 기술은 무선전력전송시스템에서 송신단의 활동 주기 및 송신 전력에 대한 제어와 함께 수신단의 활동 주기를 제어하는 관리 기법을 제공하고자 한다.The technology for the conventional sensor network was mainly to optimize the activity period of the sensor node. The technique described below is intended to provide a management technique for controlling the activity period of the transmitting end and the transmission power of the transmitting end in the wireless power transmission system and controlling the activity period of the receiving end.
무선전력전송시스템에서 송신기의 전력 관리 방법은 송신기가 마이크로파를 송신하는 단계, 상기 송신기가 수신기로부터 상기 마이크로파로 수신한 전력값 및 저장한 전력량에 대한 정보를 수신하는 단계, 상기 송신기가 상기 전력값 및 상기 전력량을 기준으로 하나의 프레임에서 마이크로파를 전송하는 지속시간 및 상기 지속시간 동안 전송하는 마이크로파의 세기를 결정하는 단계 및 상기 송신기가 상기 수신기의 활동 시간에 상기 세기를 갖는 마이크로파를 상기 지속시간 동안 송신하는 단계를 포함한다.A power management method of a transmitter in a wireless power transmission system includes the steps of transmitting a microwave by a transmitter, receiving information on a power value and a stored power amount received from the receiver by the microwave, Determining a duration of transmitting the microwave in one frame and a strength of the microwave transmitted during the duration based on the amount of power and transmitting the microwave having the intensity at the active time of the receiver to the transmitter during the duration .
무선전력전송시스템에서의 전력 관리 방법은 송신기가 데이터 통신 채널을 통해 비콘 패킷을 송신하는 단계, 상기 비콘 패킷을 수신한 수신기가 비활동 상태에서 활동 상태로 전환하는 단계, 상기 송신기가 하나의 전력전송 프레임에서 전력 전송을 위한 마이크로파를 송신하는 단계, 상기 수신기가 상기 활동 상태에서 수신한 상기 마이크로파를 이용하여 전력을 수집하고, 상기 마이크로파로 수신한 전력값 및 저장한 전력량에 대한 정보를 상기 데이터 통신 채널로 송신하는 단계, 상기 송신기가 상기 전력값 및 상기 전력량을 기준으로 상기 전력전송 프레임에서 마이크로파를 전송하는 지속시간 및 상기 지속시간 동안 전송하는 마이크로파의 세기를 결정하는 단계 및 상기 송신기가 다른 전력전송 프레임에서 상기 세기를 갖는 마이크로파를 상기 지속시간 동안 송신하는 단계를 포함한다.A method for power management in a wireless power transmission system includes transmitting a beacon packet over a data communication channel by a transmitter, transitioning the receiver that received the beacon packet from an inactive state to an active state, The method of claim 1, further comprising: transmitting a microwave for power transmission in a frame; collecting power using the microwave received by the receiver in the active state; Determining the duration of the microwave transmission in the power transmission frame and the intensity of the microwave transmitted during the duration based on the power value and the power amount, The microwave having the intensity For a duration of time.
이하 설명하는 기술은 기본적으로 무선으로 전력을 공급하여 수신단이 안정적인 동작을 하도록 하면서도 송신단에서 소비하는 에너지를 최소화한다. The technique described below basically supplies power wirelessly to minimize the energy consumed by the transmitter while allowing the receiver to operate stably.
도 1은 무선전력전송시스템에 대한 블록도의 예이다.
도 2는 전력 관리를 위한 프로토콜에 대한 예이다.
도 3은 무선전력전송시스템이 동작하는 과정에 대한 예이다.
도 4는 무선전력전송시스템이 전력 관리를 수행하는 과정(300)에 대한 예이다.1 is an example of a block diagram for a wireless power transmission system.
Figure 2 is an example of a protocol for power management.
Figure 3 is an example of the process by which a wireless power transmission system operates.
4 is an example of a
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The following description is intended to illustrate and describe specific embodiments in the drawings, since various changes may be made and the embodiments may have various embodiments. However, it should be understood that the following description does not limit the specific embodiments, but includes all changes, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the following description.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, A, B, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, but may be used to distinguish one component from another . For example, without departing from the scope of the following description, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.As used herein, the singular " include " should be understood to include a plurality of representations unless the context clearly dictates otherwise, and the terms " comprises & , Parts or combinations thereof, and does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, components, components, or combinations thereof.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.Before describing the drawings in detail, it is to be clarified that the division of constituent parts in this specification is merely a division by main functions of each constituent part. That is, two or more constituent parts to be described below may be combined into one constituent part, or one constituent part may be divided into two or more functions according to functions that are more subdivided. In addition, each of the constituent units described below may additionally perform some or all of the functions of other constituent units in addition to the main functions of the constituent units themselves, and that some of the main functions, And may be carried out in a dedicated manner.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Also, in performing a method or an operation method, each of the processes constituting the method may take place differently from the stated order unless clearly specified in the context. That is, each process may occur in the same order as described, may be performed substantially concurrently, or may be performed in the opposite order.
이하 설명하는 기술은 마이크로파(RF 신호)를 전송하여 전력을 전송하는 기법에 관한 것이다. 이하 설명하는 기술은 무선전력전송시스템에서 전력을 효율적으로 전달하기 위한 스킴(scheme)에 관한 것이다. 이하 설명하는 기술은 무선전력전송시스템의 송신단 및 수신단에 대한 동작을 제어하는 기법에 관한 것이다.The techniques described below relate to techniques for transmitting microwaves (RF signals) to transmit power. The techniques described below relate to a scheme for efficiently delivering power in a wireless power transmission system. The techniques described below relate to techniques for controlling the operation of the transmitting and receiving ends of a wireless power transmission system.
도 1은 무선전력전송시스템에 대한 블록도의 예이다. 도 1의 시스템은 크게 마이크로파를 송신하는 송신기(100) 및 수신한 마이크로파로 전력을 공급받는 수신기(200)를 포함한다. 도 1의 시스템에 RF 신호로 센서 노드에 전력을 공급하는 시스템이라면 송신기(100)는 파워 비콘(Power Beacon)에 해당하고, 수신기(200)는 센서 노드(Sensor Node)에 해당할 수 있다. 나아가 송신기(100)는 와이파이 AP, 이동통신기지국 등일 수도 있고, 전력 공급을 위한 전용 장치일 수도 있다. 수신기(100)는 수신한 마이크로파를 이용하여 전력을 공급받는 장치로 IoT 디바이스, 스마트기기, 웨어러블 기기, 자동차 등일 수도 있다.1 is an example of a block diagram for a wireless power transmission system. The system of FIG. 1 mainly includes a
송신기(100)는 DC 전력공급기(DC Power Supply,110), 신호발생기(Signal Generator, 120), 증폭기(Amplifier, 130), 안테나(140), 제어기(Controller, 150), 제1 RF 송수신기(RF Transceiver, 160)를 포함한다. 제1 RF 송수신기(160)은 데이터 통신을 위한 별도의 안테나를 사용하지만, 도 1에는 도면부호를 표시하지 않았다. The
송신기(100)의 동작에 대해 간략하게 설명한다. DC 전력공급기(110)는 마이크로파를 송신하기 위한 전력을 공급한다. 신호발생기(120)는 CW(Continuous Waveform) 마이크로파를 생성한다. 증폭기(130)는 신호발생기가 생성한 마이크로파를 증폭하여 안테나(140)에 전달한다. 증폭기(130)가 마이크로파를 증폭하는 정도에 따라 전달되는 신호의 세기가 달라진다. 제어기(150)는 증폭기(130)가 마이크로파를 증폭하는 정도를 제어하는 신호를 증폭기(130)에 전달한다. 제1 RF 송수신기(160)은 수신기(200)와 데이터 통신을 수행한다. 제1 RF 송수신기(160)는 수신기(200)로부터 수신전력 측정값 및 잔여 전력량을 수신한다. The operation of the
증폭기(130)가 증폭하여 안테나(140)로 송신하는 마이크로파와 제1 RF 송수신기(160)가 송수신하는 데이터는 서로 다른 채널을 사용할 수 있다. 무선전력전송 시스템은 데이터 통신을 위한 전용 채널과 전력을 전송하는 전용 채널을 사용할 수 있다.The microwave amplified by the
수신기(200)는 안테나(210), 무선에너지 포집기(Wireless Energy Harvester, 220), 에너지 저장소(Energy Storage, 230), 전력센서(Power Sensor, 240), MCU(Microcontroller, 250), 제2 RF 송수신기(260)를 포함한다. The
수신기(200)의 동작에 대해서 간략하게 설명한다. 안테나(210)는 송신기(100)가 전송하는 마이크로파를 수신한다. 무선에너지 포집기(220)는 수신한 마이크로파를 DC 전류로 변환하는 장치이다. 무선에너지 포집기(220)는 RF 신호를 일정한 DC 전류로 변환하는 정류기 및 정류기가 변환한 DC 전류를 수신기(200)에서 사용할 일정한 레벨의 DC 전류로 변환하는 DC-DC 변환기 등을 포함할 수 있다.The operation of the
무선에너지 포집기(220)는 수집한 전력을 MCU(260) 및 제2 RF 송수신기(280)와 같은 능동 소자에 전력을 공급할 수 있다. 나아가 무선에너지 포집기(220)는 잔여 전력을 에너지 저장소(230)에 전달할 수 있다. 에너지 저장소(230)는 수퍼 커패시터 또는 배터리와 같이 전력을 저장하는 장치이다. 도 1은 에너지 저장소(230)에 저장된 전력을 능동 소자가 공급받는 것으로 도시하였다.The
전력센서(240)는 무선에너지 포집기(220)에서 출력되는 신호를 이용하여 수신된 신호의 전력값을 측정할 수 있다. 전력센서(240)는 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 사용하여 일정한 레벨의 전력값을 측정할 수 있다. 나아가 전력센서(240)는 에너지 저장소(230)가 수신기(200)의 다른 능동 소자(센서, MCU 등)에 공급하는 신호의 전압을 측정하여 에너지 저장소(230)가 보유하고 있는 전력량을 측정할 수 있다. 에너지 저장소(230)가 보유하고 있는 전력량을 이하 잔여 전력량이라고 명명한다. MCU(250)는 수신기(200)의 동작을 제어하는 장치이다. 제2 RF 송수신기(260)는 전력센서(240)가 측정한 수신 전력값 및 잔여 전력량을 데이터 통신을 통해 송신기(100)에 전달한다.The
제1 RF 송수신기(160) 및 제2 RF 송수신기(260)는 데이터 통신을 위해 동일한 종류의 통신 방식을 사용한다. 예컨대, 제1 RF 송수신기(160) 및 제2 RF 송수신기(260)는 이동통신, IEEE 802.11, IEEE 802.15.4, BLE(Bluetooth Low Energy) 등의 통신 방식을 사용할 수 있다.The
도 2는 전력 관리를 위한 프로토콜에 대한 예이다. 에너지관리프로토콜은 일정한 시간적 길이를 가지는 프레임을 기준으로 동작한다. 송신기(100)는 시간의 흐름에 따라 일정한 길이를 갖는 복수의 프레임 단위로 마이크로파를 송신한다. 하나의 프레임은 길이는 Tframe이다. 도 2는 5개의 프레임을 예로 도시하였다. 도 2는 하나의 프레임에서 송신기(100)가 전력 전송을 위한 마이크로파를 송신하는 구간을 음영으로 표시하였다. 하나의 프레임에서 마이크로파를 송신하는 구간은 프레임 처음부터 시작하여 일정한 시점까지이다. 마이크로파를 송신하는 구간의 길이를 TET라고 표시하였다. 하나의 프레임에서 마이크로파를 송신하는 구간의 비율을 송신기(100)에서의 듀티 사이클(duty cycle)이라고 명명한다. 듀티 사이클 는 와 같다.Figure 2 is an example of a protocol for power management. The energy management protocol operates on a frame having a certain temporal length. The
송신기(100)의 제어기(150)가 듀티 사이클 조정이나 송신 전력 조절을 수행한다. 다만 설명의 편의를 위해 송신기(100)가 특정 팩터를 결정하고 제어한다고 설명한다. The
송신기(100)는 송신기의 듀티 사이클을 조정할 수 있다. 송신기(100)는 각 프레임마다 일정한 비율의 시간 동안만 마이크로파를 전송하는 듀티사이클링을 실시한다. 이를 위해 송신기(100)는 각 프레임의 시작 시점에서 마이크로파를 전송하기 시작하여 일정 시간이 지난 후 마이크로파 전송을 중단하며 다음 프레임의 시작 지점에서 마이크로파 전송을 재개한다. 즉 송신기(100)는 매 프레임마다 듀티 사이클을 적응적으로 조절할 수 있다. 참고로 송신기(100)의 DC 전력공급기(110)가 증폭기(130)에 전력을 공급하면 마이크로파가 송신되고, DC 전력공급기(110)가 증폭기(130)에 전력 공급을 중단하면 마이크로파의 전송이 중단된다. 송신기(100)는 추가적으로 매 프레임마다 마이크로파의 송신전력 또한 조절할 수 있다. The
송신기(100)는 수신기(200)와의 시간적 동기화를 위해 매 프레임의 시작시점에서 제1 RF송수신기(160)를 이용해 비콘 패킷(Beacon Packet)을 전송할 수 있다. 후술하겠지만 비콘 패킷은 동기화뿐만 아니라 센서노드를 제어하기 위한 정보를 전달할 수도 있다.The
수신기(200)는 데이터수신 상태(Rx), 활성 상태(Active), 데이터송신 상태(Tx), 비활성 상태(Idle)를 가질 수 있다. 각 프레임의 시작지점에서 수신기(200)는 데이터수신 상태(Rx)로 들어가며 비콘 패킷을 수신한다. 비콘 패킷이 수신되면 수신기(200)는 제2 RF송수신기(260)를 저전력 상태로 전환하고 MCU만이 동작하는 활성화 상태(Active)로 들어가 에너지 소모를 줄일 수 있다. The
활성화 상태(Active)에서 수신기(200)는 송신기(100)로부터 수신한 수신 전력값 및 에너지 저장소(230)에 저장된 에너지양을 측정할 수 있다. 또한 활성화 상태(Active)에서 수신기(200)는 수신기 고유의 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 수신기(200)가 센서 노드라면 특정 정보를 센싱할 수 있다.In the active state (Active), the
활성화 상태(Active)에서 수신기(200)는 송신기(100)로 송신할 레포트 패킷(Report Packet)을 준비한다. 레포트 패킷은 수신 전력값, 잔여 에너지양, 각종 센싱정보 등이 포함될 수 있다. 활성화 상태가 종료된 후 수신기(200)는 제2 RF송수신기(260)를 작동시켜 송신 상태(Tx)로 진입하고, 레포트 패킷을 송신한다. 한편 송신상태가 종료된 후 수신기(200)는 비활성화 상태(Idle)로 진입하여 에너지를 최대한 절약할 수 있다.In the active state (Active), the
한편 하나의 수신기(200)는 에너지 절약을 위해 매 프레임마다 깨어나지 않고 일정한 프레임 간격을 두고 깨어날 수 있다. 수신기(200)가 깨어나는 주기를 활동주기라고 한다. 수신기(200)는 특정 프레임에 깨어나서 활동한 후 비활성화 상태로 진입하면 활동주기 만큼의 프레임이 지난 후 다시 깨어날 수 있다. 비활성화 상태에서의 에너지 소모가 매우 적으므로 이러한 방식을 통해 수신기(200)의 에너지 소모를 크게 줄일 수 있다. 도 2는 활동주기가 2개의 프레임인 예를 도시하였다.On the other hand, one
후술하겠지만 송신기(100)가 수신 전력값 및 잔여 전력량 등을 고려하여 수신기(200)의 활동 주기를 결정하고, 결정한 활동 주기를 수신기(200)에 전달할 수 있다. 예컨대, 송신기(100)는 비콘 패킷에 활동 주기를 실어서 수신기(200)에 전달할 수 있다. 수신기(200)는 비콘 패킷에 포함된 활동 주기에 대한 정보에 따라 활동 주기를 설정하여 동작한다. 또는 수신기(200)가 수신 전력값 및 잔여 전력량을 고려하여 자체적으로 활동 주기를 결정할 수도 있다. 이 경우 수신기(200)는 자신이 결정한 활동 주기를 레포트 패킷 등을 통해 송신기(100)에 알려야 할 것이다.As will be described later, the
도 3은 무선전력전송시스템이 동작하는 과정에 대한 예이다. 도 3은 도 1의 무선전력전송시스템이 마이크로파 전력 전송을 위한 전력 관리 스킴을 결정하는 예이다. 하나의 프레임을 기준으로 설명한다. 송신기(100)는 전력 전송을 위한 마이크로파를 송신한다(①). 수신기(200)는 수신한 마이크로파의 수신 전력 측정값 및 잔여 전력량을 결정하여 송신기(100)에 전달한다(②). 송신기(100)는 수신한 수신 전력 측정값 및 잔여 전력량을 고려하여 자신의 듀티 사이클, 전송할 마이크로파의 세기 및 수신기의 활동 주기 중 적어도 하나를 결정할 수 있다. 송신기(100)는 결정한 특정값인 듀티 사이클 및 신호의 세기에 따라 마이크로파를 송신한다(④).Figure 3 is an example of the process by which a wireless power transmission system operates. FIG. 3 is an example in which the wireless power transmission system of FIG. 1 determines a power management scheme for microwave power transmission. One frame is used as a reference. The
송신기(100)가 전력 관리 스킴을 결정하는 과정에 대해 좀더 설명한다. 송신기(100)는 크게 3가지 목표를 고려하여 전력 관리 스킴을 결정한다. 첫째 송신기(100)가 사용하는 전력값을 최소화한다. 둘째 수신기(200)가 동작할 수 있는 최소한의 에너지 Emin을 보장한다. 즉 수신기(200)의 잔여 전력량 E가 Emin 이상인 상태를 유지하고자 한다. 셋째 송신기(100)는 수신기(200)의 애플리케이션이 요구하는대로 여러 번의 레포트 패킷을 수신할 수 있도록 스킴을 설계할 수 있다. 이 세가지 목표가 서로 상충되는 부분이 있다. 따라서 송신기(100)는 3가지 목표가 최적화될 수 있도록 스킴을 설계하는 것이 바람직하다.The process by which the
송신기(100)는 3가지 파라미터를 고려하여 전력 관리 스킴을 설계한다. 3가지 파라미터는 (i) 전술한 듀티 사이클(), (ii) 송신 전력의 세기() 및 (iii) 수신기(110)의 활동 주기()이다. 듀티 사이클은 범위 값을 갖는다. 은 송신기(100)가 하나의 프레임에서 마이크로파를 전송해야하는 비율의 하한값이다. 송신 전력의 세기는 범위를 갖는다. 는 송신기(100)가 송신할 수 있는 최대 전력값이다. The
i번째 프레임의 듀티사이클을 , 송신 전력의 세기를 , 수신기(200)의 활동주기를 라고 하자. 송신기(100)는 이들 변수의 결정을 위해 수신기(200)가 보고한 수신 전력값 과 잔여 전력량 을 활용한다. 에너지 관리 프로토콜은 잔여 전력량 을 목표잔여에너지양 이상으로 유지하면서 파워비콘에서 소모되는 DC전력의 양을 최소화하는 것이다. 또한 에너지관리프로토콜은 활동주기를 최소한 목표활동주기 으로 유지하고자 한다. 아래 표 1은 송신기(100)가 전력 관리 스킴을 결정하는 알고리즘에 대한 예이다.The duty cycle of the i-th frame is , The strength of the transmission power , The activity cycle of the
상기 알고리즘에서 , , 는 각각 스텝 사이즈를 의미한다. 상기 알고리즘을 간략하게 설명한다. 알고리즘은 우선적으로 잔여 전력량 를 목표 잔여 전력량 이상으로 유지하고자한다. 상기 조건이 만족하는 경우 알고리즘은 활동주기 를 목표 활동주기 로 유지한다. 이러한 두 가지 조건이 만족하는 경우에만 송신기(100)는 자신이 소모하는 전력을 최소화하게 된다.In the algorithm , , Respectively denote step sizes. The above algorithm will be briefly described. The algorithm first determines the residual power The target residual power amount Or more. If the above condition is satisfied, To the target activity cycle . Only when these two conditions are satisfied, the
(1) 알고리즘은 듀티 사이클 가 1보다 작은 경우 송신전력 을 조절하여 최적의 효율을 나타내는 수신 전력값인 만큼의 수신전력을 수신기(200)가 얻을 수 있도록 한다. 또한 동시에 을 조절하여 수신기(200)의 잔여 전력량을 로 유지시킨다. (1) The algorithm uses the duty cycle Is less than 1, the transmit power And the received power value indicating the optimum efficiency So that the
(2) 알고리즘은 듀티사이클 가 1이고 송신전력 가 최대 송신전력 보다 작은 경우에는 를 조절하여 잔여 전력량을 으로 유지시킨다. (2) Is 1 and the transmission power The maximum transmit power If it is smaller To adjust the remaining power .
(3) 알고리즘은 듀티사이클 가 1이고 송신전력 가 최대 송신전력 에 도달한 경우에는 활동주기 를 조절하여 센서노드의 잔여 전력량을 으로 유지시킨다. (3) The algorithm uses the duty cycle Is 1 and the transmission power The maximum transmit power , The activity cycle To adjust the residual power amount of the sensor node .
도 4는 무선전력전송시스템이 전력 관리를 수행하는 과정(300)에 대한 예이다. 송신기(100)는 복수의 수신기에 대해 전력을 공급할 수 있다. 도 4는 송신기(100)가 두 개의 수신기(200A 및 200B)에 대해 전력을 공급하기 위해 전력 관리 스킴을 생성하는 과정에 대한 예이다. 도 2의 프레임으로 설명하자면, 프레임 1 및 프레임 3은 수신기(200A)가 동작하는 구간이고, 프레임 2 및 프레임 4는 수신기(200B)가 동작하는 구간에 해당할 수 있다.4 is an example of a
수신기(200A)는 현재 비활성 상태이다(310). 송신기(100)는 비콘 패킷을 전송하고(302), 수신기는 자신의 상태를 활성 상태로 전환한다(303). 송신기(100)가 전력 공급을 위한 마이크로파를 전송한다(304). 수신기(200A)는 활성 상태에서의 동작을 수행한다(305). 예컨대, 수신기(200A)는 수신한 마이크로파로 전력을 수집하고, 수신 전력값 및 자신의 잔여 전력량을 계산한다. 수신기(200A)는 수신 전력값 및 잔여 전력량이 포함된 레포트 패킷을 전송한다(306). 이후 수신기(200A)는 자신의 상태를 비활성 상태로 전환한다(307). Receiver 200A is currently inactive (310).
이후 송신기(100)는 수신기(200A)가 프레임 1에서 전송한 정보를 바탕으로 전술한 전력 관리 스킴을 생성한다. 도 4에서는 프레임 2 구간에서 송신기(100)가 수신기(200A)를 위한 듀티 사이클 및 송신 전력 세기를 결정한다고 도시하였다(321).The
송신기(100)는 프레임 2에서 프레임 1과 동일한 동작을 수신기(200B)에 대해 수행한다. 수신기(200B)는 비활성 상태이다(311). 송신기(100)는 비콘 패킷을 전송하고(312), 수신기는 자신의 상태를 활성 상태로 전환한다(313). 송신기(100)가 전력 공급을 위한 마이크로파를 전송한다(314). 수신기(200B)는 활성 상태에서의 동작을 수행한다(315). 예컨대, 수신기(200B)는 수신한 마이크로파로 전력을 수집하고, 수신 전력값 및 자신의 잔여 전력량을 계산한다. 수신기(200B)는 수신 전력값 및 잔여 전력량이 포함된 레포트 패킷을 전송한다(316). 이후 수신기(200B)는 자신의 상태를 비활성 상태로 전환한다(317).
이후 송신기(100)는 수신기(200B)가 프레임 2에서 전송한 정보를 바탕으로 전술한 전력 관리 스킴을 생성한다. 도 4에서는 프레임 3 구간에서 송신기(100)가 수신기(200B)를 위한 듀티 사이클 및 송신 전력 세기를 결정한다고 도시하였다(341).The
송신기(100)는 프레임 3에서 비콘 패킷을 전송하고(331), 수신기는 자신의 상태를 활성 상태로 전환한다(332). 송신기(100)가 전력 공급을 위한 마이크로파를 전송한다(333). 이때 송신기(100)는 321 과정에서 결정한 듀티 사이클 및 송신 전력의 세기에 따라 마이크로파를 전송한다.
수신기(200A)는 활성 상태에서의 동작을 수행한다(334). 수신기(200A)는 수신 전력값 및 잔여 전력량이 포함된 레포트 패킷을 전송한다(335). 이후 수신기(200A)는 자신의 상태를 비활성 상태로 전환한다(336). The receiver 200A performs an operation in an active state (334). The receiver 200A transmits a report packet including the received power value and the residual power amount (335). The receiver 200A then switches its state to the inactive state (336).
송신기(100)는 각 수신기에 대해 도 4와 같은 과정을 매 프레임마다 반복하게 된다.The
본 실시례 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시례는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.The present embodiment and drawings attached hereto are only a part of the technical idea included in the above-described technology, and it is easy for a person skilled in the art to easily understand the technical idea included in the description of the above- It will be appreciated that variations that may be deduced and specific embodiments are included within the scope of the foregoing description.
100 : 송신기
110 : DC 전력공급기
120 : 신호발생기
130 : 증폭기
140 : 안테나
150 : 제어기
160 : 제1 RF 송수신기
200 : 수신기
210 : 안테나
220 : 무선에너지 포집기
230 : 에너지 저장소
240 : 전력센서
250 : MCU
260 : 제2 RF 송수신기100: Transmitter
110: DC power supply
120: Signal generator
130: Amplifier
140: antenna
150:
160: first RF transceiver
200: receiver
210: antenna
220: Wireless energy collector
230: Energy storage
240: Power sensor
250: MCU
260: second RF transceiver
Claims (15)
상기 송신기가 상기 마이크로파로 수신한 전력값 및 상기 수신기에 저장된 전력량에 대한 정보를 상기 수신기로부터 수신하는 단계;
상기 송신기가 상기 전력값 및 상기 전력량을 기준으로 하나의 프레임에서 마이크로파를 전송하는 지속시간 및 상기 지속시간 동안 전송하는 마이크로파의 세기를 결정하는 단계; 및
상기 송신기가 상기 수신기의 활동 시간에 상기 세기를 갖는 마이크로파를 상기 지속시간 동안 송신하는 단계를 포함하되,
상기 송신기는 상기 수신기의 활동 시간 사이의 간격이 일정한 기준값을 유지하고, 상기 수신기가 기준값 이상의 전력을 보유하면서 상기 송신기가 소비하는 에너지가 최소가 되도록 상기 지속시간 및 상기 세기를 결정하는, 무선전력전송시스템에서 송신기의 전력 관리 방법.Transmitting a microwave to a receiver;
Receiving information on the power value received by the transmitter by the microwave and the amount of power stored in the receiver from the receiver;
Determining the duration of the microwave transmission in one frame and the intensity of the microwave transmitted during the duration based on the power value and the power amount of the transmitter; And
The transmitter transmitting microwave having the intensity at the active time of the receiver for the duration,
Wherein the transmitter determines the duration and the intensity such that the interval between activity times of the receiver maintains a constant reference value and the energy consumed by the transmitter is minimized while the receiver has power above a reference value, A method for power management of a transmitter in a system.
상기 송신기는 상기 수신기가 기준값 이상의 전력을 보유하면서 상기 송신기가 소비하는 에너지가 최소가 되도록 상기 지속시간 및 상기 세기를 결정하는 무선전력전송시스템에서 송신기의 전력 관리 방법.The method according to claim 1,
Wherein the transmitter determines the duration and the strength so that the energy consumed by the transmitter is minimized while the receiver holds power above a reference value.
상기 송신기는 복수의 수신기로부터 상기 전력값 및 상기 전력량을 수신하고, 각각의 수신기에 대하여 마이크로파를 송신할 지속시간 및 마이크로파의 세기를 결정하는 무선전력전송시스템에서 송신기의 전력 관리 방법.The method according to claim 1,
Wherein the transmitter receives the power value and the amount of power from a plurality of receivers and determines a duration and microwave intensity to transmit the microwave for each receiver.
상기 송신기는 상기 수신기의 활동 주기를 더 고려하여 상기 지속시간 및 상기 세기를 결정하는 무선전력전송시스템에서 송신기의 전력 관리 방법.The method according to claim 1,
Wherein the transmitter determines the duration and the strength by further considering an activity period of the receiver.
상기 수신기는 전력을 수집하는 활동 주기를 갖고, 상기 송신기는 상기 지속 시간 및 상기 세기를 기준으로 상기 수신기의 활동 주기를 결정하는 단계를 더 포함하는 무선전력전송시스템에서 송신기의 전력 관리 방법.The method according to claim 1,
Wherein the receiver has an activity period for collecting power and the transmitter further comprises determining an activity period of the receiver based on the duration and the strength.
상기 송신기는 상기 지속 시간이 상기 프레임의 길이보다 작다면 상기 지속 시간 및 상기 세기 중 적어도 하나를 조절하는 무선전력전송시스템에서 송신기의 전력 관리 방법.The method according to claim 1,
Wherein the transmitter adjusts at least one of the duration and the strength if the duration is less than the length of the frame.
상기 송신기는 상기 지속 시간이 상기 프레임의 길이와 같고, 상기 세기가 상기 송신기가 송신할 수 있는 최대값보다 작다면 상기 세기를 조절하는 무선전력전송시스템에서 송신기의 전력 관리 방법.The method according to claim 1,
Wherein the transmitter adjusts the strength if the duration equals the length of the frame and the strength is less than a maximum value that the transmitter can transmit.
상기 송신기는 상기 지속 시간이 상기 프레임의 길이와 같고 동시에 상기 세기가 상기 송신기가 송신할 수 있는 최대값과 같다면, 상기 활동 시간의 간격을 조절하는 무선전력전송시스템에서 송신기의 전력 관리 방법.The method according to claim 1,
Wherein the transmitter adjusts the interval of the activity time if the duration is equal to the length of the frame and the intensity is equal to a maximum value that the transmitter can transmit.
상기 송신기는 상기 조절된 활동 시간의 간격을 상기 수신기에 전달하는 무선전력전송시스템에서 송신기의 전력 관리 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the transmitter transmits the adjusted interval of activity time to the receiver.
상기 비콘 패킷을 수신한 수신기가 비활동 상태에서 활동 상태로 전환하는 단계;
상기 송신기가 하나의 전력전송 프레임에서 전력 전송을 위한 마이크로파를 송신하는 단계;
상기 수신기가 상기 활동 상태에서 수신한 상기 마이크로파를 이용하여 전력을 수집하고, 상기 마이크로파로 수신한 전력값 및 상기 수신기에 저장된 전력량에 대한 정보를 상기 데이터 통신 채널을 통해 상기 송신기로 송신하는 단계;
상기 송신기가 상기 전력값 및 상기 전력량을 기준으로 상기 전력전송 프레임에서 마이크로파를 전송하는 지속시간 및 상기 지속시간 동안 전송하는 마이크로파의 세기를 결정하는 단계; 및
상기 송신기가 다른 전력전송 프레임에서 상기 세기를 갖는 마이크로파를 상기 지속시간 동안 송신하는 단계를 포함하되,
상기 송신기는 상기 수신기의 활동 시간 사이의 간격이 일정한 기준값을 유지하고, 상기 수신기가 기준값 이상의 전력을 보유하면서 상기 송신기가 소비하는 에너지가 최소가 되도록 상기 지속시간, 상기 세기 및 상기 간격 중 적어도 하나를 변경하는, 무선전력전송시스템에서의 전력 관리 방법.Transmitting a beacon packet over a data communication channel by a transmitter;
Switching a receiver that has received the beacon packet from an inactive state to an active state;
The transmitter transmitting a microwave for power transmission in one power transmission frame;
Collecting power using the microwave received by the receiver in the active state, and transmitting information on the power value received by the microwave and the amount of power stored in the receiver to the transmitter through the data communication channel;
Determining the duration of the microwave transmission in the power transmission frame and the intensity of the microwave transmitted during the duration based on the power value and the power amount; And
The transmitter transmitting microwaves having the intensity in another power transmission frame for the duration,
The transmitter maintains at least one of the duration, the strength and the interval so that the interval between the active times of the receiver maintains a constant reference value and the energy consumed by the transmitter is at least the receiver holding the power above the reference value Wherein the power management method is a power management method in a wireless power transmission system.
상기 송신기는 상기 수신기가 기준값 이상의 전력을 보유하면서 상기 송신기가 소비하는 에너지가 최소가 되도록 상기 지속시간 및 상기 세기를 결정하는 무선전력전송시스템에서의 전력 관리 방법.12. The method of claim 11,
Wherein the transmitter determines the duration and the strength so that the energy consumed by the transmitter is minimized while the receiver holds power above a reference value.
상기 송신기는 상기 지속 시간 및 상기 세기를 기준으로 상기 수신기의 활동 주기를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 활동 주기가 포함된 상기 비콘 패킷을 수신한 수신기는 상기 활동 주기에 따라 동작하는 무선전력전송시스템에서의 전력 관리 방법.12. The method of claim 11,
Wherein the transmitter further comprises determining an activity period of the receiver based on the duration and the strength, and the receiver receiving the beacon packet including the activity period transmits a wireless power transmission Method for power management in a system.
상기 송신기는 상기 지속 시간 및 상기 세기를 상기 수신기에 전달하고, 상기 수신기는 상기 지속 시간 및 상기 세기를 기준으로 상기 수신기의 활동 주기를 결정하는 단계를 더 포함하는 무선전력전송시스템에서의 전력 관리 방법.12. The method of claim 11,
Wherein the transmitter transmits the duration and the strength to the receiver and the receiver further comprises determining an activity period of the receiver based on the duration and the strength, .
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