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Energy queueing model-based optimization of information communication and power energy supply in wireless powered communication networks.

Research Project

Project/Area Number 21K17731
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 60060:Information network-related
Research InstitutionMie University

Principal Investigator

SANADA Kosuke  三重大学, 工学研究科, 助教 (30777545)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords無線給電情報通信ネットワーク / 待ち行列理論 / 理論解析 / スケジューリング / 無線給電 / 情報通信ネットワーク
Outline of Research at the Start

無線給電情報通信ネットワークは, 基地局は配下の端末に無線で給電を行うことで電源を意識しないシステムの実現に期待されている. このシステムの実用的な運用には, 端末の情報通信と基地局の給電を効率良く行う仕組みが求められる. 本研究では, システム性能を決定する給電方法の要素として, 基地局側の「給電アンテナ特性」と端末側の「給電機会取得方法」の2つに着目し, 待ち行列モデルを発展させた「エナジーキューイングモデル」 を用いて, 給電方法と情報通信の関係を解析的に明らかにし, 高い情報通信性能を達成する適切な給電システム構成を示す.

Outline of Final Research Achievements

We have proposed a scheduling method called harvest-then-access, in which the access point supplies power energy to the terminals in the network at a constant interval, and the terminals transmit a data packet in a distributed manner. By adjusting the power supply interval appropriately, the network throughput is improved while terminal battery depletion is avoided, and the effectiveness of the proposed method has been confirmed. The appropriate power supply interval can be derived by establishing the mathematical model that considers the operation of the proposed scheduling based on the energy queuing model. The proposed scheduling's performance is confirmed to be higher than that of the conventional method. Finally, the mathematical model considers the characteristics of power supply with directional and omnidirectional antennas, and we have clarified the superiority of both schemes in terms of network throughput.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は,当該分野において有効な給電機会取得方法とアンテナ特性による性能との関連性を解析的に示し, 無線給電情報通信ネットワークの実用化の加速に寄与できるものである. そのため, 当該技術分野および社会への波及効果は十分に大きいと言える.

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Markov-Chain Based Performance Analysis and Evaluation of Harvest-Then-Access Scheduling for Wireless Powered Communication Network2023

    • Author(s)
      Iwaki Atsuhiro、Sanada Kosuke、Hatano Hiroyuki、Mori Kazuo
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 11 Pages: 66497-66505

    • DOI

      10.1109/access.2023.3289592

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] 無線給電情報通信ネットワークにおける給電要求通信を考慮した性能解析2023

    • Author(s)
      伊藤立樹, 岩城敦大, 眞田耕輔, 羽多野裕之, 森 香津夫
    • Journal Title

      電子情報通信学会 複雑コミュニケーションサイエンス研究会

      Volume: 122 Pages: 69-74

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] Performance Analysis of Harvest-then-Access Protocol for Wireless Powered Communication Network2023

    • Author(s)
      Atsuhiro Iwaki, Kosuke Sanada, Hiroyuki Hatano, Kazuo Mori
    • Journal Title

      proceedings of 2023 IEEE 20th Consumer Communications & Networking Conference (CCNC)

      Volume: - Pages: 555-560

    • DOI

      10.1109/ccnc51644.2023.10060293

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Harvest-then-Access型スケジューリングに基づく無線給電情報通信ネットワークにおけるDouble-near far 問題を考慮した性能解析2022

    • Author(s)
      岩城敦大, 眞田耕輔, 羽多野裕之, 森 香津夫
    • Journal Title

      信学技法

      Volume: 122 Pages: 4-47

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 指向性給電を用いた無線給電情報通信ネットワークにおけるエナジーキューイングモデルに基づく性能解析2023

    • Author(s)
      伊藤 立樹, 眞田 耕輔, 羽多 野裕之, 森 香津夫
    • Organizer
      電子情報通信学会 ネットワークシステム研究会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 無線給電情報通信ネットワークにおける給電要求通信を考慮した性能解析2023

    • Author(s)
      伊藤立樹, 岩城敦大, 眞田耕輔, 羽多野裕之, 森 香津夫
    • Organizer
      電子情報通信学会 複雑コミュニケーションサイエンス研究会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Performance Analysis of Harvest-then-Access Protocol for Wireless Powered Communication Network2023

    • Author(s)
      Atsuhiro Iwaki, Kosuke Sanada, Hiroyuki Hatano, Kazuo Mori
    • Organizer
      2023 IEEE 20th Consumer Communications & Networking Conference (CCNC)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Harvest-then-Access型スケジューリングに基づく無線給電情報通信ネットワークにおけるDouble-near far 問題を考慮した性能解析2022

    • Author(s)
      岩城敦大, 眞田耕輔, 羽多野裕之, 森 香津夫
    • Organizer
      電子情報通信学会 複雑コミュニケーションサイエンス研究会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 無線給電情報通信ネットワークにおける給電・情報通信スケジューリングの提案とその性能解析2022

    • Author(s)
      岩城 敦大, 眞田 耕輔, 羽多野 裕之, 森 香津夫
    • Organizer
      電子情報通信学会 ネットワークシステム研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 定間隔無線給電情報通信ネットワークにおけるエナジーキューイングモデルを用いたスループット解析2021

    • Author(s)
      岩城 敦大, 眞田 耕輔, 羽多野 裕之, 森 香津夫
    • Organizer
      電子情報通信学会 ネットワークシステム研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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