通过战略性的硬件和固件协同设计,以及在最终应用中全面优化无线通信协议,可以实现低能耗和高能效。传统电池供电系统并非总是最佳解决方案,因为电池会在成本、重量和尺寸方面带来更多的问题,电池寿命和系统维护就更不用说了。此外,电池和超级电容的使用也给系统电源管理带来问题[23,24]。无线传感器网络的维护问题不仅仅体现在成本方面;在电气安全和检修便利性方面,维护工作也可能变得十分复杂,某些工作环境可能太热,致使电池无法安全可靠地供电。在正常工况环境中[25],通过降低或消除待机功耗,可以大幅降低电池电量的消耗 [26-34],延长电池寿命,进一步缩减系统体积,减少维护干预次数。将射频无线电力传输(WPT)技术用于远距离无线充电,也可以方便电池供电节点的维护工作[35–40]。

虽然这些解决方案可以帮助缓解系统维护和小型化相关问题,但不能一下解决全部问题。在可行的情况下,例如,在使用低占空比传感器的应用中,更可取的解决办法是开发无电池设备,其明显优势是非一次性产品,使用寿命几乎无限,成本效益更高,可用于电池可能会引发危险的环境[41–45]。由于这些原因,无电池解决方案风生水起[43,46–49],越来越多的工程师选择包括RF EH和WPT在内的可再生能量收集(EH)技术。开发高能效的WPT和RF EH应用并非易事,因为即使射频能量无所不在,并且能够发射到视线看不到的地方,但其功率转换效率(PCE)到目前仍然很低,针对这个问题,许多研究人员发表了极具启发性的论文[50-67]。本文面向这一研究领域,研究在无线传感器网络基础设施中,在电能发射器(读取器)与射频自供电的无电池BLE标签之间使用RF WPT技术,探讨使用无电池BLE标签设计资产跟踪系统所面临的技术挑战,并提出相应的解决方案。在读取器和标签的间距随时变化的动态环境中,标签以某一速度相对于读取器移动。