Heterojen Mobil Şarj Cihazları ile Kablosuz Şarj Edilebilir Sensör Ağları için İşbirlikçi Şarj Optimizasyonu

İçindekiler

• 1. Giriş
• 2. Metodoloji
  • 2.1 Heterojen Şarj Cihazı Mimarisi
  • 2.2 Problem Formülasyonu
  • 2.3 IHATRPO Algoritması
• 3. Teknik Uygulama
  • 3.1 Matematiksel Çerçeve
  • 3.2 Algoritma Detayları
• 4. Deneysel Sonuçlar
  • 4.1 Performans Metrikleri
  • 4.2 Karşılaştırmalı Analiz
• 5. Kod Uygulaması
• 6. Gelecek Uygulamalar
• 7. Referanslar

1. Giriş

Kablosuz Şarj Edilebilir Sensör Ağları (WRSN'ler), kablosuz güç aktarım (WPT) teknolojisini geleneksel algılama yetenekleriyle entegre eden dönüştürücü bir paradigma temsil eder ve teorik olarak IoT uygulamaları için sınırsız çalışma ömrü sağlar. Geleneksel WSN'ler, ağ ömrünü ve operasyonel sürdürülebilirliği ciddi şekilde kısıtlayan kalıcı enerji sınırlamalarıyla karşı karşıyadır.

2. Metodoloji

2.1 Heterojen Şarj Cihazı Mimarisi

Önerilen mimari, karmaşık arazi senaryolarında tamamlayıcı avantajlarından yararlanmak için Otomatik Hava Araçları (AAV'ler) ve Kara Akıllı Araçları (SV'ler) birleştirir. AAV'ler üstün hareketlilik ve hızlı konuşlandırma sağlarken, SV'ler uzun dayanıklılık ve daha yüksek güç kapasitesi sunar.

2.2 Problem Formülasyonu

Çok amaçlı optimizasyon problemi şunları ele alır:

• Heterojen şarj cihazı avantajlarının dinamik dengesi
• Şarj verimliliği ile hareketlilik enerji tüketimi arasındaki dengeler
• Zamanla değişen ağ koşulları altında gerçek zamanlı uyarlanabilir koordinasyon

2.3 IHATRPO Algoritması

İyileştirilmiş Heterojen Ajan Güven Bölgesi Politika Optimizasyonu (IHATRPO) algoritması, karmaşık çevresel durum işleme için öz-dikkat mekanizmalarını entegre eder ve sürekli eylem uzaylarında yanlı olmayan gradyan hesaplaması için Beta örnekleme stratejisi kullanır.

3. Teknik Uygulama

3.1 Matematiksel Çerçeve

Optimizasyon problemi, ağ fayda fonksiyonunu maksimize edecek şekilde formüle edilmiştir:

$U = \sum_{i=1}^{N} \log(1 + E_i^{charged}) - \lambda \sum_{j=1}^{M} C_j^{mobility}$

burada $E_i^{charged}$, i sensör düğümüne iletilen enerjiyi, $C_j^{mobility}$, j şarj cihazının hareketlilik maliyetini ve $\lambda$ ise denge parametresini temsil eder.

3.2 Algoritma Detayları

IHATRPO, Güven Bölgesi Politika Optimizasyonu çerçevesini şunlarla genişletir:

• Karmaşık durum temsillerini işlemek için öz-dikkat mekanizmaları
• Sürekli eylem uzayları için Beta dağılımı örneklemesi
• Merkezi eğitim ve merkezi olmayan yürütme yoluyla heterojen ajan koordinasyonu

4. Deneysel Sonuçlar

4.1 Performans Metrikleri

4.2 Karşılaştırmalı Analiz

Önerilen IHATRPO algoritması, şarj verimliliği, enerji tüketimi ve ağ kapsama alanı dahil olmak üzere birden fazla metrikte DQN, PPO ve orijinal HATRPO'yu içeren en son temel algoritmaları önemli ölçüde geride bırakmaktadır.

5. Kod Uygulaması

IHATRPO algoritması için sözde kod:

Politika parametreleri θ, değer fonksiyonu parametreleri φ'yı başlat
iterasyon=1,2,... için yap
    π_θ politikasını kullanarak yörünge seti D'yi topla
    GAE kullanarak Â_t avantaj tahminlerini hesapla
    Amaç fonksiyonunu maksimize ederek politikayı güncelle:
        L(θ) = E[min(r_t(θ)Â_t, clip(r_t(θ), 1-ε, 1+ε)Â_t)]
    V_φ üzerinde regresyon ile değer fonksiyonunu güncelle
    Durum işleme için öz-dikkat ağırlıklarını güncelle
döngü sonu

6. Gelecek Uygulamalar

Önerilen heterojen şarj mimarisinin umut verici uygulamaları şunlardır:

• Akıllı şehir altyapı izleme
• Endüstriyel IoT ve otomasyon sistemleri
• Uzak bölgelerde çevresel izleme
• Afet müdahalesi ve acil durum ağları
• Tarımsal otomasyon ve hassas tarım

7. Referanslar

1. J. Yao vd., "Heterojen Mobil Şarj Cihazları ile WRSN'ler için İşbirlikçi Şarj Optimizasyonu," IEEE Transactions.
2. D. Niyato, "Kablosuz Şarj Teknolojileri: İlkeler ve Uygulamalar," IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2022.
3. J. Schulman vd., "Güven Bölgesi Politika Optimizasyonu," ICML 2015.
4. A. Vaswani vd., "Attention Is All You Need," NeurIPS 2017.
5. L. Xie vd., "Kablosuz Güç Aktarımı ve Enerji Hasadı: Mevcut Durum ve Gelecek Yönler," Proceedings of the IEEE, 2023.

Uzman Analizi