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第1部分 优化技术3

第1章 具有定位服务的移动设备能量管理3

1.1 简介3

1.2 能耗和定位服务3

1.3 移动设备的功率损耗分析和建模5

1.4 设备模型6

1.4.1 举例：诺基亚N95手机建模8

1.5 降低功率损耗的方法10

1.5.1 传感器管理策略11

1.5.2 位置更新协议13

1.6 举例：EnTracked14

1.6.1 系统描述15

1.6.2 结果17

1.7 小结19

致谢20

参考文献20

第2章 移动设备的高效供电机制22

2.1 简介22

2.2 相关工作22

2.3 ESS的层模型24

2.3.1 设备层25

2.3.2 测量层25

2.3.3 功率控制调节层26

2.3.4 存储访问层26

2.3.5 能量存储层26

2.4 移动设备能源的高效供应27

2.4.1 电压转换技术27

2.4.2 多重电源电压28

2.4.3 感知组件型动态电压调节28

2.5 移动设备的软件影响29

2.5.1 层模型的影响29

2.5.2 CADVS的影响30

2.6 CADVS举例31

2.6.1 场景31

2.6.2 测量装置34

2.6.3 测量结果35

2.7 小结41

参考文献41

第3章 便携式无线设备上软件应用的能耗44

3.1 简介44

3.2 便携式无线设备44

3.3 相关工作47

3.3.1 智能电池检测47

3.3.2 能量管理的软件策略48

3.3.3 软件应用的分析工具48

3.3.4 系统级能量管理49

3.3.5 综合性研究49

3.4 能耗模型51

3.5 模型参数的确定54

3.5.1 状态停留时间估计54

3.5.2 能耗估计54

3.5.3 处理和通信的能耗55

3.5.4 其他方法57

3.6 小结58

参考文献58

第4章 打破WiMAX系统的节能和QoS之间的平衡61

4.1 简介61

4.2 WiMAX：对消费者而言低成本高带宽61

4.3 人类语音模型和混合机制64

4.3.1 场景1：单工语音通信64

4.3.2 场景2：双工语音通信64

4.3.3 混合机制65

4.4 性能分析66

4.4.1 场景1：单工通信67

4.4.2 场景2：双工通信70

4.5 数值结果与性能分析75

4.5.1 场景1：单工通信76

4.5.2 场景2：双工通信80

4.6 小结89

致谢89

参考文献89

第5章 WLAN中针对VoIP应用的基于QoE的节能91

5.1 简介91

5.2 关于WLAN节能的背景和相关工作92

5.2.1 背景92

5.2.2 相关工作93

5.3 QoE和PSQA95

5.4 ECVA：针对VoIP应用的一种基于QoE的节能机制96

5.5 性能评估97

5.6 小结101

参考文献101

第6章 移动Ad Hoc网络最小能量多标准中继选择103

6.1 简介103

6.2 背景105

6.2.1 基于位置转发105

6.2.2 机会型转发和分布式方案106

6.3 单一标准接收端中继选择107

6.3.1 分布式选择过程107

6.3.2 分析模型109

6.3.3 评估113

6.4 多标准接收端中继选择116

6.4.1 在多标准情况下最优的概念116

6.4.2 多标准映射函数117

6.4.3 贪婪算法与链路质量之间的平衡119

6.5 说明：最小能量链路感知转发方案120

6.5.1 仿真模型120

6.5.2 性能度量120

6.6 小结123

参考文献124

第7章 WSN的能量优化技术126

7.1 简介126

7.2 无线传感器节点和网络127

7.3 能量模型129

7.3.1 无线电能量模型129

7.3.2 处理器能量估计131

7.4 组件级能量优化技术133

7.5 系统级能量优化技术134

7.5.1 计算通信能量平衡134

7.5.2 动态功率管理135

7.5.3 动态电压—频率调节136

7.5.4 网络级能量优化137

7.6 小结138

参考文献138

第2部分 收集技术145

第8章 EM能量收集系统的设计问题145

8.1 能量收集：技术和应用145

8.2 RF能量收集方法的设计问题146

8.2.1 电压倍增器147

8.2.2 阻抗匹配148

8.2.3 功率提升阈值150

8.3 天线和匹配的注意事项152

8.3.1 辐射和耦合153

8.3.2 功率传输153

8.3.3 极化156

8.3.4 性能评估156

8.3.5 匹配160

8.4 RF-DC整流器拓扑160

8.4.1 电压倍增器的工作和设计原理163

8.5 稳压器164

8.6 反向散射调制方案167

8.6.1 ASK调制167

8.6.2 PSK调制168

8.6.3 PSK与ASK比较168

8.7 小结168

参考文献169

第9章 磁耦合通信设备的能量收集172

9.1 简介172

9.2 磁耦合通信设备的能量收集173

9.2.1 磁感应原理174

9.3 使用磁感应方法将动能转换为电能176

9.3.1 磁发电机的基本原理177

9.3.2 微型磁发电机的设计179

9.4 太阳能收集183

9.5 热能收集186

9.5.1 热能收集系统187

9.5.2 WSN的热能收集器188

9.6 DC-AC功率转换191

9.7 无线功率传输系统将所收集的能量传输至目标系统194

9.7.1 RFID功率传输系统194

9.7.2 在医疗植入物中使用磁感应进行无线功率传输197

9.7.3 多电压输出系统197

9.7.4 使用螺旋形线圈为嵌入式医疗设备进行RF能量收集199

9.8 小结202

参考文献202

第10章 能量收集系统的混合信号低功耗技术205

10.1 简介205

10.2 在能量收集系统中混合信号环境206

10.2.1 微传感器无线网络206

10.2.2 RFID207

10.3 数字设计的低功率技术208

10.3.1 降低数字电路的功率209

10.4 在模拟设计中的低功率技术210

10.5 模拟电路和数字电路的功耗比较211

10.6 面向低电压混合信号设计的技术组合212

10.7 模拟和数字低功耗技术的优化组合213

10.7.1 瞬时压扩技术213

10.7.2 亚阈值CMOS设计215

10.8 面向功率的EDA工具216

10.8.1 晶体管级工具217

10.8.2 门级或逻辑级工具218

10.8.3 寄存器传输级工具219

10.8.4 行为级功率和功率仿真219

10.9 小结220

参考文献220

第11章 面向低功率的无线传感器能量收集的建模方法和用于智能化能量感知中间件的现实仿真224

11.1 简介224

11.2 移动和无线嵌入式系统的能量约束224

11.2.1 本章结构225

11.3 能量收集技术的工业工具链及相关工作226

11.3.1 建模、仿真和实施的工业平台226

11.3.2 WSN的电池模型和应用227

11.4 功率分析的精度和概念性考虑229

11.4.1 WSN功率分析基于功率状态模型的表达229

11.4.2 可变电池电压的影响：从功率状态模型到阻抗模型238

11.4.3 电池建模概念238

11.4.4 收集建模概念242

11.5 实现245

11.5.1 模型方程的分析推导245

11.6 电池感知仿真的应用到负载均衡247

11.6.1 使用梯度下降调整电池模型247

11.6.2 WSN项目的评估247

11.7 小结和未来的工作250

参考文献251

第12章 WSN的能量损耗255

12.1 简介255

12.2 能量收集255

12.2.1 能量收集的动机256

12.2.2 能量收集：一种可行的解决方案257

12.3 能量收集：除了太阳能收集器—它是一种可行的选择吗258

12.4 存储收集的能量260

12.4.1 能量收集系统261

12.4.2 实验测量263

12.5 能量预算：系统和网络运营265

12.5.1 能量收集应用：挑战266

12.5.2 存储和系统状态检索269

12.5.3 面向分布式智能应用：挑战270

12.6 小结271

参考文献272

第13章 WSN的RF能量收集和管理273

13.1 简介273

13.2 RF能量收集273

13.3 能量收集系统以及WSN功率损耗的回顾274

13.3.1 环境RF能源和可用功率276

13.4 RF能量收集和Powercast收集器的使用276

13.4.1 有意的能量收集277

13.4.2 Powercast公司的TX91501型Powercast发送器277

13.4.3 Powercast功率收集接收器278

13.4.4 接收的RF功率测量和增益278

13.4.5 能量存储280

13.5 WSN的能量管理281

13.5.1 算法操作284

13.6 实验和仿真结果286

13.6.1 实验结果286

13.6.2 仿真结果288

13.6.3 RF Powercast能量收集器的实时实现289

13.7 小结和未来的工作291

参考文献292