Recolección de energía en malla LoRa concurrente con desfases de tiempo para comunicaciones de emergencia en minas subterráneas
Autores: Anabi, Hilary Kelechi; Frimpong, Samuel; Madria, Sanjay
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Recolección de energía en malla LoRa concurrente con desfases de tiempo para comunicaciones de emergencia en minas subterráneas
Categoría
Gestión y administración
Subcategoría
Gestión de la tecnología y la inovación
Palabras clave
Emergencias en minas subterráneas
Infraestructura de comunicación
Red de malla LoRa para recolección de energía
Programador descentralizado
Optimización de la capa física
Transferencia de energía inalámbrica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Las emergencias en minas subterráneas destruyen la infraestructura de comunicación cuando la conciencia situacional es más crítica. Los sistemas actuales dependen de una infraestructura de red centralizada, que falla durante las emergencias cuando los mineros están atrapados y requieren coordinación de rescate. Este documento propone una red de malla LoRa que aprovecha la energía, que aborda la operación autónoma, la gestión de interferencias y la optimización adaptativa de la capa física bajo severas condiciones de propagación subterránea. Una arquitectura de doble antena separa la recolección de energía de RF (860 MHz) de la comunicación LoRa (915 MHz), lo que permite una operación continua con almacenamiento en supercapacitores. La contribución principal es un programador descentralizado que deriva los desfases de tiempo óptimos modelando las transmisiones concurrentes como un proceso de colisión de Poisson, aprovechando el efecto de captura de LoRa mientras mantiene la coherencia de la red. Una capa física consciente del SINR adapta el factor de expansión, el ancho de banda y la tasa de codificación con histéresis, controla la recomputación de los parámetros de tiempo después de cada cambio. La validación experimental en la mina operativa de Missouri S&T demuestra la transferencia de energía inalámbrica (WPT) a distancias de hasta 35 m. Las simulaciones en 2000 ensayos independientes muestran una mejora del 2.2x en el rendimiento en comparación con ALOHA (49% frente al 22% de tasa de entrega en 10 nodos/salto), una reducción del 64% en colisiones y un aumento del 67% en la eficiencia energética, demostrando comunicaciones de emergencia resilientes para entornos subterráneos.
Descripción
Las emergencias en minas subterráneas destruyen la infraestructura de comunicación cuando la conciencia situacional es más crítica. Los sistemas actuales dependen de una infraestructura de red centralizada, que falla durante las emergencias cuando los mineros están atrapados y requieren coordinación de rescate. Este documento propone una red de malla LoRa que aprovecha la energía, que aborda la operación autónoma, la gestión de interferencias y la optimización adaptativa de la capa física bajo severas condiciones de propagación subterránea. Una arquitectura de doble antena separa la recolección de energía de RF (860 MHz) de la comunicación LoRa (915 MHz), lo que permite una operación continua con almacenamiento en supercapacitores. La contribución principal es un programador descentralizado que deriva los desfases de tiempo óptimos modelando las transmisiones concurrentes como un proceso de colisión de Poisson, aprovechando el efecto de captura de LoRa mientras mantiene la coherencia de la red. Una capa física consciente del SINR adapta el factor de expansión, el ancho de banda y la tasa de codificación con histéresis, controla la recomputación de los parámetros de tiempo después de cada cambio. La validación experimental en la mina operativa de Missouri S&T demuestra la transferencia de energía inalámbrica (WPT) a distancias de hasta 35 m. Las simulaciones en 2000 ensayos independientes muestran una mejora del 2.2x en el rendimiento en comparación con ALOHA (49% frente al 22% de tasa de entrega en 10 nodos/salto), una reducción del 64% en colisiones y un aumento del 67% en la eficiencia energética, demostrando comunicaciones de emergencia resilientes para entornos subterráneos.