Cibiyar Sadarwar Caji Mara Igiya: Tushe, Ma'auni, da Aikace-aikace

1. Gabatarwa

Caji mara igiya yana ba da damar canja wurin wutar lantarki ta cikin iska daga caji zuwa na'urar hannu, yana ba da sauƙi, ƙarfi, da sassauci. Fasahar tana ci gaba da sauri daga ka'ida zuwa amfani da kasuwanci, tare da manyan masana'antun wayoyin hannu suna haɗa ta cikin samfuran su. Binciken kasuwa yana hasashen gagarumin ci gaba, tare da kimanta kasuwar dala biliyan 4.5 nan da shekara ta 2016 da dala biliyan 15 nan da shekara ta 2020. Wannan labarin yana bincika tushe, ma'auni, da gabatar da sabon ra'ayi: Cibiyar Sadarwar Caji Mara Igiya.

2. Bayyani Game da Fasahar Caji Mara Igiya

Ra'ayin ya samo asali ne daga gwaje-gwajen Nikola Tesla a shekara ta 1899. Ci gaban zamani ya ƙaru tare da ƙirƙirar magnetrons da rectennas, wanda ya ba da damar canja wurin wutar lantarki ta microwave. Ci gaban kwanan nan yana haifar da ƙungiyoyi masu kafa ma'auni na duniya.

3. Ma'aunai na Caji Mara Igiya

Daidaituwa yana da mahimmanci don haɗin kai da yaduwar amfani. Manyan ma'auni guda biyu sune Qi da A4WP.

4. Cibiyar Sadarwar Caji Mara Igiya

Babban gudunmawar takardar shine gabatar da cibiyar sadarwar caji masu haɗin kai, wanda ya wuce caji daga batu zuwa batu.

5. Fahimtar Ma'anar Mai Bincike

Fahimtar Ma'anar: Takardar Lu da sauransu na shekara ta 2014 ba bita kawai ba ce; hanyar gani ce ta gaba. Ƙimar ta ta asali tana cikin gano babban gibi tsakanin sadarwar na'ura-caji (wanda Qi/A4WP ya warware) da hankalin matakin tsarin. Sun yi hasashen daidai cewa ainihin matsalar ƙarfin wutar lantarki mara igiya mai iya aunawa ba zai zama ilimin kimiyyar canja wuri ba, amma tsarin cibiyar sadarwar wuraren makamashi da aka rarraba. Wannan yana canza tsarin daga "pad masu wauta" zuwa "tsarin wutar lantarki mai hankali don na'urori na sirri."

Tsarin Hankali & Ƙarfafawa: Takardar tana gina hujja mai ƙarfi. Ta fara da tushe mai ƙarfi, ta rarrabe ma'aunai masu gasa (daidai yake nuna ƙarfafa maganadisu na Qi da hanyar jujjuyawar A4WP da tsarin sadarwarsu), sannan ta ƙaddamar da sabon abu na mahimmanci: ra'ayin WCN. Aikace-aikacen ga sanya mai amfani da caji hikima ce, tabbatacciyar hujja. Tana amfani da tsarin ingantawa mai sauƙi (rage aikin farashi $C_{total} = \sum (\alpha \cdot wait\_time + \beta \cdot energy\_cost)$) don nuna fa'idodi na zahiri. Wannan ci gaba na hankali daga bitar fasaha zuwa shawarar gine-gine zuwa aikace-aikacen da za a iya aunawa shine babban ƙarfafawa na takardar.

Kurakurai & Damar da aka rasa: Don takardar hangen nesa ta shekara ta 2014, abin mamaki ne akan tasirin tsaro da sirri na abubuwan more rayuwa na cibiyar sadarwar caji—wani babban rashi idan aka yi la'akari da yanayin barazanar IoT na yau. Hakanan ƙirar sanya mai amfani da caji tana da sauƙi, tana watsi da abubuwan motsi kamar tsarin motsi na mai amfani ko buƙatun makamashi na na'ura daban-daban. Bugu da ƙari, yayin da ake ambaton hasashen kasuwa, ba ya bincika ƙirar kasuwanci da ƙalubalen kullewar yanayin halittu waɗanda tun daga lokacin suka addabi masana'antar (misali, jinkirin haɗuwar ma'auni zuwa AirFuel).

Fahimta Mai Aiki: Ga manajoji samfura da masu tsara abubuwan more rayuwa, wannan takarda tana da mahimmanci sosai. Na farko, ba da fifiko ga hankalin bayan gida. Kada kawai ku tura caji; tura dandamali na gudanarwa. Na biyu, ƙira don bayanai. Yakamata caji su zama na'urori masu auna firikwensin, suna ba da rahoton amfani da lafiya. Na uku, duba bayan wayoyi. Ainihin biyan kuɗin WCN yana cikin ƙarfafa cibiyoyin sadarwar firikwensin IoT, mutum-mutumi, da motocin lantarki a cikin ƙayyadaddun yanayi, kamar yadda aka gani a cikin bincike na gaba akan cibiyoyin sadarwar girbin makamashi na RF. Tsarin gine-ginen da aka gabatar a cikin takardar shine ainihin tsarin gine-gine don "Ƙarfi akan Wi-Fi" da ra'ayoyin girbin makamashi na RF na yanayi waɗanda cibiyoyi kamar Jami'ar Washington suka bincika daga baya. A zahiri, darasin da ya dore na takardar shine: Wanda ya ci nasara a cikin wutar lantarki mara igiya ba zai zama wanda ke da mafi kyawun ingancin haɗin kai ba, amma wanda ke da mafi kyawun tsarin aiki na cibiyar sadarwa.

6. Cikakkun Bayanai na Fasaha & Tsarin Lissafi

Matsalar sanya mai amfani da caji za a iya tsara ta azaman matsalar ingantawa. Bari $U$ ya zama saitin masu amfani kuma $C$ ya zama saitin caji. Manufar ita ce rage jimillar farashi:

$\min \sum_{i \in U} \sum_{j \in C} x_{ij} \cdot c_{ij}$

Ƙarƙashin:
$\sum_{j \in C} x_{ij} = 1, \quad \forall i \in U$ (Kowane mai amfani an sanya shi zuwa caji ɗaya)
$\sum_{i \in U} x_{ij} \cdot p_i \leq P_j, \quad \forall j \in C$ (Ƙayyadaddun ƙarfin wutar lantarki na caji)
$x_{ij} \in \{0, 1\}$ (Mai yanke shawara na binary)

Inda:
- $x_{ij}=1$ idan an sanya mai amfani $i$ zuwa caji $j$.
- $c_{ij}$ shine farashin sanya mai amfani $i$ zuwa caji $j$, wanda zai iya zama aikin nisa, kiyasin lokacin jira $t_{ij}^{wait}$, da farashin makamashi $e_j$: $c_{ij} = f(t_{ij}^{wait}, e_j)$.
- $p_i$ shine buƙatun wutar lantarki na na'urar mai amfani $i$.
- $P_j$ shine ƙarfin fitar da wutar lantarki na caji $j$.

WCN yana ba da damar tattara sigogi na lokacin gaskiya $t_{ij}^{wait}$ da $P_j$, yana sa wannan ingantaccen zai yiwu.

7. Sakamakon Gwaji & Bayanin Ginshiƙi

Yayin da ɓangaren PDF bai ƙunshi cikakkun jadawali na gwaji ba, aikace-aikacen da aka bayyana yana nuna sakamakon da za a iya gani.

Bayanin Ginshiƙi na Hasashe (Bisa Da'awar Takardar):
Take na Ginshiƙi: Kwatanta Jimillar Farashin Mai Amfani: Zaɓin Lokaci-Lokaci vs. Sanyawar WCN-Ingantacce
Nau'in Ginshiƙi: Ginshiƙi ko ginshiƙi akan ƙara yawan mai amfani.
Gatari: Gatari-X: Adadin Masu Amfani A Lokaci Guda / Nauyin Tsarin. Gatari-Y: Jimillar Farashin Sanya (ba shi da ma'auni ko a cikin raka'a farashi).
Jerin Bayanai: Za a nuna jerin guda biyu: 1) Zaɓin Lokaci-Lokaci: Farashi yana ƙaruwa da ƙarfi kuma ba a layi daya ba yayin da masu amfani suka zaɓi caji ba da gangan ba, suna haifar da cunkoso a wasu kuma rashin amfani da wasu. 2) Sanyawar WCN-Ingantacce: Farashi yana ƙaruwa a hankali sosai, mafi yawan layi. Mai sarrafa yana daidaita nauyi, yana rage lokutan jira, kuma yana la'akari da farashin makamashi, yana haifar da ƙaramin jimillar farashi, musamman a matsakaici zuwa manyan yawan masu amfani. Gibin tsakanin layukan biyu yana nuna fa'idar hanyar cibiyar sadarwa.

8. Tsarin Bincike: Misalin Lamari

Yanayi: Shagon kofi ya tura caji mara igiya 4 (Qi mai ƙarfi 2, A4WP mai ƙarfi na yau da kullun 2).
Ba tare da WCN ba: Abokan ciniki suna neman pad da hannu. Mai amfani da wayarsa ta kusa mutuwa zai iya ɗaukar pad na yau da kullun, yayin da mai amfani yana son saurin caji yana amfani da pad mai ƙarfi ba da inganci ba. Masu amfani biyu na iya yin jerin gwano don pad ɗaya da ake gani yayin da wani yake cikin 'yanci a kusurwa.
Tare da WCN:
1. Mai sarrafa cibiyar sadarwa ya sani: Caji A (Qi, mai ƙarfi, nauyi 80%), B (Qi, mai ƙarfi, kyauta), C (A4WP, na yau da kullun, nauyi 50%), D (A4WP, na yau da kullun, kyauta).
2. Wani sabon mai amfani ya shiga, kuma wayarsa ta watsa matsayin cajinta (5%), ma'aunin da aka goyi bayan (Qi & A4WP), da makamashin da ake buƙata.
3. Mai sarrafa yana gudanar da lissafin farashi mai sauƙi:
- Sanya zuwa A: Babban farashin lokacin jira.
- Sanya zuwa B: Ƙananan lokacin jira, babban adadin canja wurin makamashi. MAFI KYAU.
- Sanya zuwa C/D: Ƙananan adadin makamashi, tsawon lokacin caji.
4. App ɗin mai amfani an kai shi zuwa Caji B, yana inganta ƙarfin aiki da ƙwarewar mai amfani.

9. Aikace-aikace na Gaba & Hanyoyi

• Caji na Mota Lantarki (EV) Mai Motsi: Ana daidaita ƙa'idodin WCN don caji mara igiya mai motsi na EVs akan tituna, sarrafa rarraba wutar lantarki a cikin sassan caji da yawa.
• IoT na Masana'antu da Mutum-mutumi: A cikin masana'antu masu hankali, mutum-mutumi masu cin gashin kansu da firikwensin za a iya cajin su ba tare da igiya ba a wuraren zafi da aka tsara na cibiyar sadarwa, tare da kawar da lokacin kashewa don caji da hannu.
• Haɗin kai tare da 5G/6G da Lissafin Geɓe: WCNs na gaba za su iya haɗuwa sosai tare da cibiyoyin sadarwar wayar tarho, ta amfani da sabobin gefe don sarrafa caji azaman sabis, la'akari da wurin mai amfani, cunkoson cibiyar sadarwa, da matsayin tsarin wutar lantarki.
• Cibiyoyin Sadarwar Girbin Makamashi na RF na Yanayi: Faɗaɗa ra'ayin zuwa cibiyoyin sadarwar masu girbin makamashi na yanayi waɗanda ke tattara siginonin RF daga Wi-Fi, wayar tarho, da hasumiya na watsa shirye-shirye, suna buƙatar cibiyar sadarwa mai zurfi don tattara makamashi da rarrabawa, kamar yadda DARPA da dakunan karatu na ilimi suka bincika.
• Haɗin Ma'auni da Buɗaɗɗen APIs: Gaba yana buƙatar daidaitaccen ma'auni (fiye da AirFuel) tare da buɗaɗɗen APIs don sarrafa cibiyar sadarwa, yana ba da damar masu haɓakawa na ɓangare na uku don ƙirƙirar aikace-aikace a saman abubuwan more rayuwa na caji.

10. Nassoshi

1. Brown, W. C. (1964). Tarihin Watsa Wutar Lantarki ta Hanyar Rediyo. IEEE Transactions akan Fasahar Microwave.
2. Ƙungiyar Ƙarfafawa Mara Igiya. (2023). Ma'aunin Qi. https://www.wirelesspowerconsortium.com
3. Ƙungiyar AirFuel. (2023). Ma'aunin Jujjuyawar AirFuel. https://www.airfuel.org
4. Samfurin, A. P., Meyer, D. T., & Smith, J. R. (2011). Bincike, Sakamakon Gwaji, da Daidaita Kewayon Masu Haɗin Maganadisu don Canja Wurin Wutar Lantarki Mara Igiya. IEEE Transactions akan Lantarki na Masana'antu.
5. Talla, V., Kellogg, B., Gollakota, S., & Smith, J. R. (2017). Wayar Tarho Ba tare da Baturi ba. Proceedings of the ACM akan Fasahohin Mu'amala, Hannu, Sawa da Na'urori (IMWUT). (Misali na ci gaban girbin makamashi na RF na yanayi).
6. Rahotannin Binciken IMS / Pike akan kasuwannin wutar lantarki mara igiya (2013-2014).