Pierwsza demonstracja kamery do monitoringu obsługiwanej przez zwykłe transmisje Wi-Fi

Jedną z najważniejszych barier we wdrażaniu czujników, kamer i komunikatorów jest kwestia zasilania. Zadanie zamontowania kamery bezpieczeństwa na ścianie zewnętrznej lub czujnika temperatury na strychu od razu nasuwa się na pytanie, jak poprowadzić kabel zasilający do urządzenia lub zorganizować regularną wymianę baterii.

Następnie istnieje Internet rzeczy, pomysł, że prawie każdy obiekt może być wyposażony w chip, który przesyła dane, takie jak jego lokalizacja, czy jest pełny czy pusty lub czy jakiś inny parametr, taki jak temperatura lub ciśnienie, jest niebezpiecznie wysoki lub niski.

Od Internetu rzeczy oczekuje się wielkich rzeczy, ale tylko pod warunkiem, że inżynierowie będą w stanie rozwiązać jedno potencjalne pytanie: jak zasilać te liczne, malutkie maszyny.

Dziś odpowiedź otrzymujemy dzięki pracy Vamsi Talla i kumpli z University of Washington w Seattle. Ci faceci opracowali sposób na przesyłanie mocy do zdalnych urządzeń przy użyciu istniejącej technologii, którą wiele osób już ma w swoich salonach: zwykłego Wi-Fi. Nazywają swoje nowe podejście mocą przez Wi-Fi lub PoWi-Fi.

Pomysł jest prosty w koncepcji. Transmisje radiowe Wi-Fi są formą energii, którą może odebrać zwykła antena. Do tej pory wszystkie odbiorniki Wi-Fi były projektowane w celu zbierania informacji, które przenoszą te transmisje.

Ale Talla i spółka wskazują, że nie ma powodu, dla którego energia nie powinna być również zbierana. Pytanie, ile można w ten sposób zebrać. I na tym polega wyzwanie.

Podejście zespołu z University of Washington do tego jest odświeżająco proste. Po prostu podłączają antenę do czujnika temperatury, umieszczają ją blisko routera Wi-Fi i mierzą wynikowe napięcia w urządzeniu oraz jak długo może działać tylko na tym zdalnym źródle zasilania.

Prostą odpowiedzią jest to, że napięcie na czujniku nigdy nie jest wystarczająco wysokie, aby przekroczyć próg roboczy około 300 miliwoltów. Jednak często jest blisko.

Ale bliższa analiza danych stanowi ciekawą lekturę. Problem polega na tym, że transmisje Wi-Fi nie są ciągłe. Routery mają tendencję do nadawania na pojedynczym kanale w seriach. Zapewnia to wystarczającą moc dla czujnika, ale gdy tylko transmisja zostanie zatrzymana, napięcia spadają. Powoduje to, że czujnik średnio nie ma wystarczającej ilości soku do pracy.

To podsunęło Talli i kumplom pomysł. Dlaczego nie zaprogramować routera tak, aby emitował szum, gdy nie emituje informacji, i wykorzystać sąsiednie kanały Wi-Fi do ich przenoszenia, aby nie zakłócał szybkości transmisji danych.

I dokładnie to zrobili. Aby to zrobić, potrzebują elektronicznych wnętrzności trzech routerów, po jednym dla każdego kanału, na którym zamierzają nadawać. (Transmisja Wi-Fi może odbywać się na dowolnym z 11 nakładających się kanałów w paśmie 72 MHz wyśrodkowanym na częstotliwości 2,4 GHz. Pozwala to na jednoczesne nadawanie trzech nienakładających się kanałów.)

Talla i spółka używają trzech chipsetów Atheros AR9580, standardowej elektroniki dla routerów Wi-Fi. Programują jednak te urządzenia do transmisji w sposób, który może zapewnić ciągłe zasilanie czujnika gromadzącego energię.

Następnie mierzą powstałe napięcia w swoim czujniku temperatury i określają, jak długo może on pracować w różnych odległościach od zmodyfikowanego routera.

Wyniki są imponujące. Okazuje się, że czujnik temperatury może działać w odległości do około sześciu metrów od routera, a dodając do zestawu akumulator, Talla i spółka byli w stanie zwiększyć tę odległość do około dziewięciu metrów.

Jeszcze bardziej ambitnie podłączyli kamerę do swojej anteny. Był to czujnik VGA Omnivision o małej mocy, zdolny do wytwarzania czarno-białych obrazów o rozdzielczości 174 x 144 piksele, co wymaga 10,4 milidżuli energii na jedno zdjęcie.

Aby magazynować energię, podłączyli do kamery kondensator o niskim upływie, który aktywuje się, gdy kondensator jest naładowany do 3,1 V i działa dalej, aż napięcie spadnie do 2,4 V. Obrazy były przechowywane w nieulotnej ferroelektrycznej pamięci o dostępie swobodnym 64 KB.

W kolejnych testach aparat spisywał się znakomicie. Ta bezbateryjna kamera może działać w odległości do [około pięciu metrów] od routera, rejestrując obraz co 35 minut, powiedzmy Talla i spółka. Dodając akumulator, zwiększyli to do siedmiu metrów. Router mógłby nawet zasilać kamerę przez ceglaną ścianę, demonstrując, że będzie można podłączyć urządzenie na zewnątrz, zachowując zasilacz w środku.

Jest to coś, co byłoby niezwykle przydatne do nadzoru, być może połączone z czujnikiem ruchu, który uruchamia kamerę, gdy coś porusza się w jego polu widzenia.

Aby się pochwalić, zespół podłączył również swoją antenę do urządzenia do monitorowania kondycji Jawbone i użył go do naładowania monety, która ją zasilała. Używając tego, ładujemy urządzenie Jawbone UP24 w pobliżu routera PoWi-Fi ze stanu braku ładowania do stanu naładowania 41% w ciągu 2,5 godziny.

Ten rodzaj wydajności rodzi jednak ważne pytania, między innymi, w jaki sposób dodatkowe transmisje Wi-Fi mogą zakłócać szybkość transmisji danych. Aby się tego dowiedzieć, Talla i spółka wyposażyli w te urządzenia sześć domów w obszarze metropolitalnym, a następnie monitorowali ich wpływ na użytkowników.

Ten wpływ był minimalny, mówi Talla i spółka. Czterech użytkowników nie zauważyło żadnej różnicy w doświadczeniu użytkownika, a jeden użytkownik powiedział, że jego doświadczenie online rzeczywiście się poprawiło. Talla i spółka twierdzą, że to dlatego, że ich zmodyfikowany router zastąpił router o szczególnie niskiej jakości. Ostateczny użytkownik zgłosił nieznaczne pogorszenie wrażeń z oglądania YouTube, co zdaniem Talla i innych było prawdopodobnie spowodowane zakłóceniami z innymi urządzeniami.

Te wyniki będą uspokajające, ale tylko dla niektórych użytkowników. Talla i spółka nie wspominają o wpływie, jaki ich nowe routery wywarły na prędkość pobierania innych pobliskich routerów, na przykład tych używanych przez sąsiednich sąsiadów.

Istotne pytanie bez odpowiedzi brzmi: w jaki sposób te routery zakłócają inne sygnały? Posiadanie routera obok, który wysyła sygnały na trzech kanałach Wi-Fi, może nie być dla wszystkich wyobrażeniem o sąsiedzkim zachowaniu.

Warto jednak zaznaczyć, że jeśli tego rodzaju zakłócenia okażą się problemem dla obecnych routerów, to można je rozwiązać w przyszłych generacjach.

Dlatego nie powinno umniejszać niezwykłego potencjału PoWi-Fi. Ogromne znaczenie ma możliwość bezprzewodowego dostarczania energii do szerokiej gamy autonomicznych urządzeń i czujników. Ale prawdziwą wisienką na torcie jest możliwość zrobienia tego za pomocą zwykłej technologii, która jest powszechnie dostępna w całym rozwiniętym świecie i poza nim. W związku z tym PoWi-Fi może być technologią wspomagającą, która w końcu ożywi Internet rzeczy.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1505.06815 : Zasilanie kolejnego miliarda urządzeń za pomocą Wi-Fi

ukryć