绿色移动设备和网络：能量优化和收集技术简介，目录书摘

　　虽然电池容量不能满足新移动设备的功率需求，但为了无线设备的功能性发展供电，需要对电池的寿命和再充电能力的概念进行一场革命。未来的手持设备和无线网络应能够从环境中自动充电并对能量消耗进行优化。 

　　《绿色移动设备和网络：能量优化和收集技术》描述了从可替代的环境能源中收集能量并进行自动优化这两方面背后的原理和技术挑战，详细地介绍了各种供电技术的基本背景、动机和原理，综合地涵盖了不同的优化和能量收集技术。特别是： 

　　检查了动态实时场景中能量消耗的自动优化背后的技术挑战； 

　　考虑了不同类型的能量收集技术； 

　　描述了通过不同能源，包括太阳能、声学、动力学、机械振动和电磁波收集能量背后的各种技术。 

　　为了在理论和实践之间取得平衡，本书将不同的概念与相应方案的应用联系起来，并将它们与不同的标准建立联系。它讨论了电池寿命的持续监测以及不同功能的自动调整，包括数据接收、处理和显示、软件模块的复杂性和感知的视频量，为读者提供技术挑战、能量增益测量、限制和未来机会方面的清晰理解。

　　《绿色移动设备和网络：能量优化和收集技术》关注了移动设备和网络的能量管理，详细地介绍了从可替代的环境能源（包括太阳能、声学、动力学、机械振动和电磁波）中收集能量并进行自动优化的各种技术背景、动机和原理，描述了动态实时场景中能量消耗的自动优化的技术挑战，具体而又全面地包含不同专家提出的能量优化和收集技术。为了在理论和实践之间取得平衡，本书将不同的概念与相应方案的应用联系起来，通过对电池寿命的持续监测以及不同功能的自动调整（包括数据接收、处理和显示、软件模块的复杂性），将它们与不同的标准建立联系，有助于读者对移动设备能量收集和优化技术的清晰理解。

　　Hrishikesh Venkataraman博士是爱尔兰国家研究中心性能工程实验室—爱尔兰都柏林城市大学（DCU）RINCE研究所的高级研究员和爱尔兰企业署（EI）的首席研究员。于2007年在德国不来梅雅各布大学获得博士学位，从事的研究是无线蜂窝网络。2004年获得坎普尔印度理工学院（IIT）硕士学位，从担任德累斯顿工业大学的沃达丰移动通信部门主席期间开始他的硕士研究论文，并获得2003~2004年度德意志学术交流中心（DAAD）奖学金。他的主要研究方向包括移动多媒体，无线通信和无线能源。Venkataraman博士已经在期刊、国际会议以及书籍上发表了30多篇论文，并且在2009年10月加利福尼亚伯克利大学的国际会议上赢得佳论文奖。目前，Venkataraman博士是European Transactions on Telecommunications（ETT）期刊的一名执行编辑以及电子工程学会（IEEE）车辆技术学会的UKRI（英国/爱尔兰共和国）的创始成员。 

　　Gabriel-Miro Muntean博士在异构无线环境的面向质量和性能感知自适应多媒体流以及数据通信领域取得了良好的业绩。自2003年以来，Muntean博士一直担任着由10个人组成的研究实验室的主管，这个实验室位于都柏林城市大学先进的工程大楼，并且其设施齐全，可用于多媒体交付研究。他已经成功地培养了三个博士生和三个硕士研究生，目前正在指导七个在读硕士研究生和一个博士后研究员。Muntean博士已经争取到100多万欧元的资金，他曾经是两个EI（爱尔兰企业署）、一个SPI（爱尔兰科学基金会）和五个IRCSET（爱尔兰科学，工程和技术研究理事会）基金的主要研究员，以及其他两个爱尔兰基金的合伙人。此外，他一直是三星和微软提供赞助的研究项目的负责人。Muntean博士是一本书的作者和两本书的合著人，并且在杂志上发表了25篇文章以及60多篇会议论文。他的论文获得过四个佳论文奖，而且他是IEEE Transactions on Broadcasting的副编辑。

译者序
原书前言
关于作者
第1部分优化技术
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
2.3ESS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
ⅩⅨ2.4移动设备能源的高效供应27
2.4.1电压转换技术27
目录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
2.5.2CADVS的影响30
2.6CADVS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
ⅩⅩ4.2WiMAX：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
5.3QoE和PSQA95
5.4ECVA：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
ⅩⅩⅠ6.3.3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
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
8.2RF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
ⅩⅩⅡ8.3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
8.4RF-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
8.6.1ASK调制167
8.6.2PSK调制168
8.6.3PSK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
9.5.2WSN的热能收集器188
9.6DC-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
9.7.1RFID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
ⅩⅩⅢ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
10.2.2RFID207
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22411.1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
11.3.2WSN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
11.4.1WSN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
ⅩⅩⅣ11.5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
11.6.2WSN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
13.2RF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
13.4RF能量收集和Powercast收集器的使用276
13.4.1有意的能量收集277
13.4.2Powercast 公司的TX91501型Powercast发送器277
13.4.3Powercast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
13.5WSN的能量管理281
13.5.1算法操作284
13.6实验和仿真结果286
ⅩⅩⅤ13.6.1实验结果286
13.6.2仿真结果288
13.6.3RF 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