The growing demand for Internet of Things (IoT) networks has sparked interest in sustainable, zero-energy designs through Energy Harvesting (EH) to extend the lifespans of IoT sensors. Visible Light Communication (VLC) is particularly promising, integrating signal transmission with optical power harvesting to enable both data exchange and energy transfer in indoor network nodes. VLC indoor channels, however, can be unstable due to their line-of-sight nature and indoor movements. In conventional EH-based IoT networks, maximum Energy Storage (ES) capacity might halt further harvesting or waste excess energy, leading to resource inefficiency. Addressing these issues, this paper proposes a novel VLC-based WPANs concept that enhances both data and energy harvesting efficiency. The architecture employs densely distributed nodes and a central controller for simultaneous data and energy network operation, ensuring efficient energy exchange and resource optimisation. This approach, with centralised control and energy-state-aware nodes, aims for long-term energy autonomy. The feasibility of the Data-Energy Networking-enabled Light-based Internet of Things (DE-LIoT) concept is validated through real hardware implementation, demonstrating its sustainability and practical applicability. Results show significant improvements in the lifetime of resource-limited nodes, confirming the effectiveness of this new data and energy networking model in enhancing sustainability and resource optimisation in VLC-based WPANs.


翻译:随着物联网网络需求的日益增长,通过能量收集实现可持续、零能耗设计以延长物联网传感器寿命的研究引起了广泛关注。可见光通信在室内网络节点中融合信号传输与光能收集功能,可同时实现数据交换与能量传输,展现出独特优势。然而,由于可见光通信的视距传输特性及室内动态干扰,其信道存在不稳定性。在传统基于能量收集的物联网网络中,最大储能容量可能导致能量收集中断或多余能量浪费,造成资源利用率低下。针对上述问题,本文提出一种新型可见光通信无线个域网架构,可同时提升数据与能量收集效率。该架构通过密集分布式节点与中央控制器实现数据-能量协同网络运行,确保能量高效交换与资源优化。这种集中式控制与能量状态感知节点相结合的方法,旨在实现长期能量自治。通过实际硬件实现验证了数据-能量网络赋能光物联网概念的可行性,展示了其可持续性与实际应用价值。实验结果表明,该新型数据与能量网络模型能显著延长资源受限节点寿命,验证了其在提升可见光通信无线个域网可持续性与资源优化方面的有效性。

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