绿色移动设备和网络：能量优化和收集技术 机械工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111560630

商品编码：29487115915

包装：平装-胶订

出版时间：2017-04-01

基本信息

书名：绿色移动设备和网络：能量优化和收集技术

定价：89.00元

作者：［印度］瑞诗凯施·文卡塔拉曼

出版社：机械工业出版社

出版日期：2017-04-01

ISBN：9787111560630

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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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。
本书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。

内容提要

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本书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。

目录

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译者序
原书前言
关于作者
部分优化技术
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：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
ⅩⅩⅢ0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
1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
2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
3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

作者介绍

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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 Telemunications（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。

文摘

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序言

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《智慧城市新基石：绿色通信与可持续能源利用》 内容梗概： 在信息技术飞速发展的今天，我们正迈入一个高度互联的时代。智能手机、可穿戴设备、物联网传感器等各类移动设备以前所未有的速度普及，它们构成了支撑我们日常生活、工作乃至城市运转的庞大数字网络。然而，这种便利性的背后，是一股日益增长的能源消耗和环境影响。如何在高效率、高性能通信的同时，最大程度地降低能源足迹，实现绿色、可持续的发展，已经成为摆在我们面前的重大课题。《智慧城市新基石：绿色通信与可持续能源利用》一书，正是为了应对这一挑战而生。 本书深入探讨了在无线通信领域实现能量优化和创新的前沿技术与实践。它不仅仅是一部技术手册，更是一幅描绘未来智慧城市可持续发展蓝图的画卷。本书将带领读者从宏观视角审视当前通信网络在能源消耗方面面临的困境，进而剖析支撑绿色通信的微观技术细节。 核心内容详解： 第一部分：绿色通信的时代呼唤与挑战 移动通信的能源图景： 本部分首先为读者描绘了当前全球移动通信网络及其终端设备的能源消耗现状。我们将量化分析基站、核心网、以及数以亿计的智能终端在不同场景下的能耗构成，揭示数据流量爆炸式增长对能源系统的压力。这包括对4G、5G乃至未来6G技术在能耗方面的初步对比分析，以及对数据中心、云平台等基础设施的能源足迹进行梳理。 环境影响与社会责任： 在此基础上，本书将探讨通信领域的能源消耗对环境造成的直接和间接影响，例如碳排放、温室效应、资源消耗等。同时，也将强调企业和行业在推动可持续发展方面的社会责任，以及绿色通信对于构建生态友好型社会的重要意义。 技术创新的驱动力： 分析是什么力量在驱动着通信技术向绿色化转型？这包括政策法规的引导、消费者环保意识的觉醒、以及企业自身追求降本增效的内在需求。理解这些驱动力，有助于我们更好地把握绿色通信技术的发展方向。 第二部分：能量优化策略与技术 终端设备层面的节能： 移动设备的能耗是整个网络总能耗的重要组成部分。本部分将详细介绍各种针对终端设备的节能技术，包括： 电源管理技术： 深入剖析CPU、GPU、显示屏、无线模块等关键组件的智能电源管理机制，如动态电压频率调整（DVFS）、功耗状态切换（如深度睡眠、空闲模式）等。 协议优化： 研究无线通信协议（如Wi-Fi, Bluetooth, LTE, 5G NR）在节能方面的设计思路，包括如何减少不必要的信号传输、优化信道访问机制、以及利用更高效的数据编码方式。 硬件设计创新： 探讨低功耗芯片设计、新型显示技术（如E-ink）、以及能量收集技术在终端设备上的应用前景。 网络基础设施层面的节能： 移动通信网络本身是巨大的能源消耗者。本部分将聚焦于网络侧的能量优化技术： 基站节能： 详细介绍基站的节能技术，例如： 智能休眠技术： 如何根据实时话务量动态关闭或降低部分基站模块的功耗，例如在夜间或低流量时段。 微基站与分布式部署： 分析微基站和小区覆盖的灵活部署如何提高网络效率，降低整体功耗。 散热与能源效率： 探讨先进的散热技术如何减少空调等辅助设备能耗，以及提升设备本身的能源效率。 核心网与传输网节能： 分析数据中心、路由器、交换机等网络核心设备在能耗方面的挑战，以及相应的节能策略，如虚拟化技术、负载均衡、以及低功耗硬件组件的应用。 网络架构优化： 探讨软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）等新兴网络架构如何通过集中控制和资源优化来降低整体能耗。 数据传输与协议的优化： 高效编码与调制： 研究能够以更少能量完成数据传输的编码和调制方案，例如低功耗广域网（LPWAN）中的特定技术。 压缩技术： 分析数据压缩技术在减少传输量、从而降低能耗方面的作用。 信道编码与纠错： 探讨更精密的信道编码技术如何在保证数据可靠性的同时，减少重传次数，间接降低能耗。 第三部分：能量收集技术与应用 能量收集的原理与分类： 本部分将系统介绍各种能量收集技术的原理，并将其进行分类： 光能收集： 详细介绍太阳能电池的原理、效率提升技术，以及其在移动设备和网络设备中的应用潜力。 射频能量收集： 讲解如何从环境中存在的无线电波（如Wi-Fi、基站信号）中收集能量，以及其在低功耗传感器网络中的应用。 动能收集（振动、热能）： 介绍压电效应、热电效应等原理，以及它们在传感器节点、可穿戴设备中的应用。 温差能收集： 探讨利用环境温差发电的技术。 能量收集与通信系统的融合： 能量收集驱动的通信节点： 研究如何利用能量收集为物联网设备、传感器等提供可持续的电力来源，实现“自供电”通信。 能量收集在基站中的辅助应用： 探讨能量收集技术是否能够辅助基站的运行，例如在偏远地区或补充低功耗模式下的电力需求。 挑战与前景： 分析能量收集技术当前面临的挑战，如能量密度低、转换效率、稳定性等，并展望其未来的发展前景和应用场景。 第四部分：绿色通信的实践与未来展望 智能城市与绿色通信： 本部分将探讨绿色通信技术如何赋能智慧城市建设。 智慧交通： 智能交通信号灯、车联网中的能耗优化。 智能建筑： 传感器网络、智能家居中的低功耗通信。 智能电网： 通信模块的能耗与数据传输优化。 环境监测： 无处不在的传感器节点，其能量自给自足的重要性。 绿色通信的商业模式与生态系统： 分析推动绿色通信技术普及的商业模式，以及构建一个涵盖硬件制造商、运营商、软件开发者、研究机构的绿色通信生态系统。 未来趋势与研究方向： AI赋能的能量管理： 探讨人工智能（AI）和机器学习（ML）在预测话务量、动态调整网络资源、以及优化终端设备功耗方面的应用。 新型材料与器件： 展望在能量收集、低功耗通信方面可能出现的颠覆性材料和器件。 6G与更远未来： 思考6G及未来通信技术在设计之初就融入绿色和可持续发展的理念。 法规与标准： 讨论制定更严格的绿色通信标准和法规的重要性。 《智慧城市新基石：绿色通信与可持续能源利用》不仅为通信行业的从业者提供了前沿的技术洞察和实践指导，也为关注科技发展与环境保护的读者打开了一扇了解未来绿色科技发展方向的窗口。本书旨在激发创新思维，推动相关领域的技术突破，共同构建一个更加智能、高效、低碳的通信未来。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实抓人眼球，那抹清新的绿色调与现代科技感的线条交织在一起，让人一拿到手里就对内容充满了好奇。我最初购买它，是冲着它名字里“移动设备”和“网络”这两个关键词去的，毕竟在这个万物互联的时代，手机、平板、物联网设备已经成为我们生活中不可或缺的一部分，而续航能力和能源效率始终是困扰所有用户和开发者的一大痛点。我原本设想，这本书会像一本工具书，详细罗列各种现有的电池技术、充电标准，或者对当前主流智能手机的能耗进行深度剖析，给出大量的实操建议。然而，当我翻开目录后，发现它似乎更偏向于理论基础和前沿探索，涉及了大量关于能量转换机制的底层逻辑，比如如何更有效地捕获环境中的射频能或光能，以及在系统架构层面如何进行能效最优化的设计考量。这种深度的探讨，虽然让我对这个领域的理解提升到了一个新的维度，但也意味着它并非那种能让你“立刻上手”解决某个具体设备续航问题的指南，它更像是为那些志在从事该领域底层研究或系统架构设计的工程师和学者准备的“内功心法”。这本书的价值在于拓宽了我们对“能源使用”这个概念的理解，让我们不再仅仅关注如何“省电”，而是思考如何“零功耗”甚至“自供能”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的文字组织方式，说实话，有点像在品尝一道层次极其丰富的法式大餐，需要耐心去咀嚼和回味才能领会其精髓。它的叙事节奏并非一气呵成，而是充满了跳跃性的思维引导。例如，它在介绍完某个高效能算法后，紧接着可能会跳跃到一种全新的材料科学应用上，让你不得不停下来，回头去寻找前后的逻辑链条。我个人对其中关于“动态电压和频率调节”（DVFS）在异构计算环境下的优化策略那几章印象特别深刻，作者并没有止步于传统操作系统层面的调度，而是深入到了硬件层面的功耗门控和睡眠模式切换的精细控制。我记得有一段描述，将芯片的能耗管理比喻成城市交通的潮汐控制，形象生动地解释了峰值负载和空闲状态下能量浪费的本质区别。这种深入浅出、类比丰富的写作手法，虽然偶尔会让初次接触该领域的读者感到一丝迷惘，但对于有一定背景知识的人来说，无疑是一种思维上的碰撞和启发。它挑战了我们习以为常的线性思维模式，强迫我们从一个更宏观、更整体的角度去看待移动计算的能效问题。

评分☆☆☆☆☆

从装帧和印刷质量来看，这本书显然是投入了相当的成本和精力的。纸张的触感非常扎实，不是那种廉价的、一翻就皱的纸张，这对于一本需要反复查阅和标记的专业书籍来说至关重要。油墨的质量也极好，图表和公式的线条清晰锐利，即便是那些极其复杂的电路拓扑图或者数学推导过程，看起来也毫不费力。我注意到出版社在图表的色彩运用上也下了功夫，很多对比图表使用了柔和但区分度高的颜色，避免了传统技术书籍中那种单调的黑白灰带来的阅读疲劳。特别是那些涉及能量流向和损耗分析的流程图，色彩的区分使得能量在不同模块间的传递路径一目了然，极大地降低了理解复杂系统的认知负担。这种对物理载体的重视，体现了出版方对专业知识传播的严谨态度，也让这本书更像是一件值得收藏的知识载体，而非仅仅是一次性的信息获取工具。

评分☆☆☆☆☆

这本书在探讨未来趋势和潜在风险的部分，展现出一种令人警醒的远见。它没有沉溺于对当前“绿色”技术成就的颂扬，而是毫不留情地指出了现有方案的局限性，特别是当我们面对“万亿级”物联网设备和边缘计算的爆炸性增长时，现有的优化手段可能仅仅是杯水车薪。作者花了不少笔墨来探讨“非功能性需求”——比如用户体验（延迟、发热）与能耗目标之间的不可调和的矛盾。这部分内容，让我开始重新审视我们对“智能”的定义，是不是我们在追求更强算力的同时，正在以一种不可持续的方式透支我们有限的能源资源。书中提出的几个关于“自适应功耗预算分配”的模型设想，虽然目前看来实现难度极大，但它们为行业指明了下一步需要突破的方向。它不是给你一个现成的答案，而是抛出了一个足够重量级的问题，迫使我们思考，如何在不牺牲核心功能的前提下，实现真正的可持续发展。

评分☆☆☆☆☆

与其他同类书籍相比，这本书最大的特点在于其跨学科的融合度。我之前读过一些专注于特定领域的书籍，比如纯粹讲无线通信功耗的，或者只关注操作系统调度的，但这本书却巧妙地将电磁场理论、半导体物理、算法设计以及网络协议栈优化整合在了一个统一的框架下进行讨论。这种广博的视野使得书中给出的解决方案不再是“头痛医头、脚痛医脚”的局部优化，而是系统性的、全局性的效率提升。例如，书中在讨论传感器休眠周期时，不仅仅给出了基于时间窗口的唤醒机制，还结合了环境RF信号强度的实时反馈来进行概率性决策，这种将物理层信息直接嵌入到应用层调度策略中的做法，展现了作者深厚的跨层理解力。对于希望构建下一代低功耗边缘计算平台的研究人员来说，这本书提供了一个极佳的、多维度的思考框架，它告诉你，要解决能源问题，就必须同时深入到材料、架构、软件的每一个层面去寻找突破口。