Пассивный WiFi: Новый стандарт Интернета Вещей?

Пассивный WiFi: Новый стандарт Интернета Вещей?

Пассивный WiFi: Новый стандарт Интернета Вещей?

Интернет вещей (IoT) уже влияет на домашнюю автоматизацию и системы управления энергопотреблением, но многие IoT датчики расположены в местах, где розетки питания недосягаемы, заставляя датчики работать от батареи. Инженерные студенты и профессоры в Университете штата Вашингтон разработали способ для пассивных IoT устройств получать энергию через волны операторов связи на радиочастотах передаваемые активным источником WiFi питания. Один центральный источник питания, подключенный к электрической розетке, может передавать энергию без проводов пассивными устройствами, что позволяет датчикам передавать данные без необходимости энергоемких радиочастотных плат в устройствах.

Ultra-Low Power WiFi

Электронные схемы становятся все более энергетически эффективным, особенно в цифровой области. Аналоговые схемы, в частности,  радиочастотные устройства, не достигли успеха в этом, в основном потому, что требуется значительное количество энергии, чтобы генерировать и передавать радиосигнал.

Если вы знакомы с радиочастотной идентификацией (RFID), вы знаете, что пассивные RFID метки принимают радиочастотную энергию от активного считывателя, записывают свои данные на радиосигнал и отражают его обратно. Это хорошо работает для очень коротких расстояний и низких скоростей передачи данных, но технология требует, чтобы считыватель обладал дорогостоящими аппаратными средств. Команда Университета Вашингтона хотела увеличить дальность и позволить сигналу быть доступным для чтения существующими WiFi устройствами, такими как смартфоны, планшеты и маршрутизаторы, поэтому они спроектировали аппаратное решение для пассивных устройств WiFi с помощью готовых компонентов, и разработали стек протоколов, который позволяет устройствам работать с существующими WiFi продуктами.

Отраженные сигналы

Как показано на изображении ниже, источник питания WiFi содержит всю радиочастотную электронику высокой мощности. Активный источник посылает одночастотную WiFi волну во всех направлениях. Волна поглощается пассивными устройствами; когда они готовы к передаче информации к маршрутизатору или другому устройству WiFi, они модулируют сигнал данных на верхней части несущей волны и ретранслируют его.


Общаться, когда с тобой общаются

Обычно WiFi продукты используют "carrier sense" (CS), чтобы определить, является ли безопасной передача данных. Поскольку CS плата использует слишком много энергии для этой схемы, дизайнеры решили позволить активного источника опрашивать пассивные датчики по одному за раз и говорить им, когда передавать информацию, что-то вроде учителя, вызывающего к доске конкретного студента. Каждый пассивный датчик может иметь максимальное количество времени, в течении которого он может хранить данные перед передачей, так что после установки активный источник опрашивает пассивные устройства, чтобы определить их интервалы передачи.

Как и другие протоколы сети связи, Wi-Fi имеет пакет, подтверждающий пересылку и пакеты проверки ошибок, встроенные в каждый массив данных. На основании числа неудачных попыток связи или некорректных пакетов, активное устройство вычисляет оптимальную скорость передачи для каждого пассивного устройства. Когда оно посылает запрос на пассивный датчик, пакет запроса включает в себя битрейт, так что пассивное устройство знает, как быстро передавать данные.

Результаты Эксперимента

Инженеры проверили свою систему в различных условиях, в том числе по линии прямой видимости и сквозь стены, и смогли добиться успешной связи на дистанциях от 30 до 100 футов (9 - 30 метров). Потребляемая мощность для пассивных устройств варьируется с битрейтом. При 11 Mbps, устройства использовали менее 60 мкВт (микроватт). Одни и те же устройства потратили лишь 15 мкВт при передаче со скоростью 1 Мбит. Это колоссальные четыре порядка (одна десятитысячная) мощности, которую использует обычный WiFi, а также на три порядка (одна тысячная) ниже, чем ZigBee.

Некоторые продукты IoT до сих пор требуют батарей для функций без связи; в этих случаях, использование пассивного WiFi может продлить срок службы батареи значительно. Например, датчик приближения может использовать батарейку размером с монету, которая, используя ZigBee или Bluetooth Low Energy, может продержаться всего три года. Пассивный WiFi может утроить срок службы батареи.

Рассказать друзьям:

Читайте также

Cравнение товаров {{compareItems.length}}