Pirmā novērošanas kameras demonstrācija, ko nodrošina parastās Wi-Fi apraides

Viens no nozīmīgākajiem šķēršļiem sensoru, kameru un komunikatoru izvietošanai ir jaudas jautājums. Uzdevums uzstādīt drošības kameru pie ārsienas vai temperatūras sensoru bēniņos uzreiz saskaras ar jautājumu, kā pievilkt ierīcei strāvas kabeli vai organizēt regulāru bateriju nomaiņu.

Tad ir lietu internets, ideja, ka gandrīz katrs objekts varētu būt aprīkots ar mikroshēmu, kas pārraida tādus datus kā tā atrašanās vieta, vai tas ir pilns vai tukšs, vai kāds cits parametrs, piemēram, temperatūra vai spiediens, ir bīstami augsts vai zems.

No lietu interneta tiek gaidītas lielas lietas, taču tikai tad, ja inženieri spēs atrisināt vienu potenciālu jautājumu: kā darbināt šīs daudzās mazās mašīnas.

Šodien mēs saņemam atbildi, pateicoties Vamsi Talla un viņa draugu darbam Vašingtonas Universitātē Sietlā. Šie puiši ir izstrādājuši veidu, kā pārraidīt jaudu uz attālām ierīcēm, izmantojot esošu tehnoloģiju, kas daudziem cilvēkiem jau ir savās dzīvojamās istabās: parasto Wi-Fi. Viņi savu jauno pieeju sauc par jaudu, izmantojot Wi-Fi vai PoWi-Fi.

Ideja pēc būtības ir vienkārša. Wi-Fi radio apraides ir enerģijas veids, ko var uztvert vienkārša antena. Līdz šim visi Wi-Fi uztvērēji ir paredzēti, lai savāktu informāciju, ko pārraida šīs pārraides.

Taču Talla un kolēģi norāda, ka nav iemesla, kāpēc nevajadzētu novākt arī enerģiju. Jautājums, cik daudz tādā veidā var savākt. Un tur slēpjas izaicinājums.

Vašingtonas Universitātes komandas pieeja tam ir atsvaidzinoši vienkārša. Viņi vienkārši pievieno antenu temperatūras sensoram, novieto to tuvu Wi-Fi maršrutētājam un izmēra ierīces spriegumu un to, cik ilgi tā var darboties tikai ar šo attālo barošanas avotu.

Vienkārša atbilde ir tāda, ka spriegums pāri sensoram nekad nav pietiekami augsts, lai šķērsotu aptuveni 300 milivoltu darbības slieksni. Tomēr tas bieži vien tuvojas.

Bet rūpīgāka datu pārbaude rada interesantu lasīšanu. Problēma ir tā, ka Wi-Fi pārraides nav nepārtrauktas. Maršrutētāji mēdz pārraidīt vienā kanālā sērijveidā. Tas nodrošina sensoram pietiekami daudz jaudas, taču, tiklīdz pārraide tiek pārtraukta, spriegums samazinās. Rezultāts ir tāds, ka vidēji sensoram nepietiek sulas, lai tas darbotos.

Tas Tallai un draugiem radīja ideju. Kāpēc gan neieprogrammēt maršrutētāju, lai tas pārraidītu troksni, kad tas nepārraida informāciju, un izmantot blakus esošos Wi-Fi kanālus tā pārnēsāšanai, lai tas netraucētu datu pārraides ātrumam.

Un tieši to viņi ir izdarījuši. Lai to izdarītu, viņiem ir nepieciešamas trīs maršrutētāju elektroniskās iekšpuses, pa vienam katram kanālam, kurā tie plāno pārraidīt. (Wi-Fi apraide var notikt jebkurā no 11 kanāliem, kas pārklājas 72 MHz joslā, kuras centrā ir 2,4 GHz frekvence. Tas ļauj vienlaikus pārraidīt trīs kanālus, kas nepārklājas.)

Talla un co izmanto trīs Atheros AR9580 mikroshēmojumus, standarta elektroniku Wi-Fi maršrutētājiem. Tomēr viņi ieprogrammē šīs ierīces, lai tās pārraidītu tādā veidā, kas var nodrošināt nepārtrauktu enerģiju enerģijas ieguves sensoram.

Pēc tam viņi mēra iegūto spriegumu savā temperatūras sensorā un nosaka, cik ilgi tas var darboties dažādos attālumos no modificētā maršrutētāja.

Rezultāti ir iespaidīgi. Izrādās, ka temperatūras sensors var darboties aptuveni sešu metru attālumā no maršrutētāja, un, pievienojot maisījumam uzlādējamu akumulatoru, Talla un co spēja to palielināt līdz aptuveni deviņiem metriem.

Vēl vērienīgāk viņi savai antenai pievienoja arī kameru. Šis bija mazjaudas Omnivision VGA sensors, kas spēj radīt 174 x 144 pikseļu melnbaltus attēlus, kam vienam attēlam ir nepieciešami 10,4 milidžaulus enerģijas.

Lai uzglabātu enerģiju, viņi pievienoja kamerai zemas noplūdes kondensatoru, kas aktivizējas, kad kondensators ir uzlādēts līdz 3,1 V, un turpina darboties, līdz spriegums nokrītas līdz 2,4 voltiem. Attēli tika saglabāti 64 KB nemainīgā feroelektriskā brīvpiekļuves atmiņā.

Turpmākajos testos kamera darbojās ļoti labi. Kamera bez akumulatora var darboties līdz [apmēram pieciem metriem] no maršrutētāja, un attēls tiek uzņemts ik pēc 35 minūtēm, saka Talla un citi. Pievienojot uzlādējamu akumulatoru, viņi to palielināja līdz septiņiem metriem. Maršrutētājs pat varētu darbināt kameru caur ķieģeļu sienu, parādot, ka ierīci būtu iespējams piestiprināt ārpusē, vienlaikus saglabājot barošanas avotu iekšpusē.

Tas ir kaut kas ļoti noderīgs uzraudzībai, iespējams, savienots ar kustības sensoru, lai aktivizētu kameru, kad kaut kas kustas tā redzes laukā.

Lai parādītu sevi, komanda arī pievienoja savu antenu Jawbone fitnesa izsekotājam un izmantoja to, lai uzlādētu monētu mīklu, kas to darbināja. Izmantojot to, mēs uzlādējam Jawbone UP24 ierīci PoWi-Fi maršrutētāja tuvumā no bezuzlādes stāvokļa līdz 41% uzlādes stāvoklim 2,5 stundās, saka viņi.

Šāda veida veiktspēja rada svarīgus jautājumus, tostarp par to, kā papildu Wi-Fi apraide var traucēt datu pārraides ātrumu. Lai to noskaidrotu, Talla un citi aprīkoja ar šīm ierīcēm sešas mājas lielpilsētas rajonā un pēc tam uzraudzīja ietekmi uz lietotājiem.

Šī ietekme bija minimāla, saka Talla un co. Četri no lietotājiem neuztvēra nekādas atšķirības lietotāju pieredzē, un viens lietotājs teica, ka viņu tiešsaistes pieredze patiešām ir uzlabojusies. Talla un kolēģi apgalvo, ka tas notika tāpēc, ka viņu modificētais maršrutētājs aizstāja īpaši zemas kvalitātes maršrutētāju. Galalietotāja ziņoja par nelielu viņas YouTube skatīšanās pieredzes pasliktināšanos, kas, pēc Talla un līdzgaitnieku domām, iespējams, ir saistīta ar citu ierīču radītiem traucējumiem.

Šie rezultāti būs pārliecinoši, bet tikai dažiem lietotājiem. Talla un co nepiemin savu jauno maršrutētāju ietekmi uz citu tuvumā esošo maršrutētāju lejupielādes ātrumu, piemēram, to maršrutētāju, kurus izmanto blakus esošie kaimiņi.

Nozīmīgais neatbildētais jautājums ir šāds: kā šie maršrutētāji traucē citiem signāliem? Ja blakus ir maršrutētājs, kas raida signālus trīs Wi-Fi kanālos, iespējams, ne visi domā par kaimiņu uzvedību.

Tomēr ir vērts norādīt, ka, ja šāda veida traucējumi izrādīsies problēma pašreizējiem maršrutētājiem, tos varētu atrisināt nākamajās paaudzēs.

Tāpēc tam nevajadzētu mazināt PoWi-Fi neparasto potenciālu. Iespēja bezvadu režīmā piegādāt enerģiju plašam autonomu ierīču un sensoru klāstam ir ļoti nozīmīga. Bet īstā glazūra uz kūkas šeit ir iespēja to izdarīt ar parasto tehnoloģiju, kas ir plaši pieejama visā attīstītajā pasaulē un ārpus tās. Kā tāds PoWi-Fi varētu būt iespējošanas tehnoloģija, kas beidzot atdzīvina lietu internetu.

Atsauce: arxiv.org/abs/1505.06815 : nākamā miljarda ierīču barošana ar Wi-Fi

paslēpties