物聯(lián)網(wǎng)傳感器可以通過(guò)環(huán)境無(wú)線電波連接

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)系統(tǒng)通常通過(guò)無(wú)線電連接傳感器網(wǎng)絡(luò)，但是無(wú)線電需要電池供電，因此限制了可用性。迪士尼研究院已經(jīng)確定，一種解決方案可能是將所有無(wú)線電設(shè)備放在一起，并通過(guò)電視，收音機(jī)和手機(jī)的環(huán)境無(wú)線電波進(jìn)行通信。

通過(guò)Alanson樣品，迪斯尼Research的無(wú)線系統(tǒng)部門(mén)的副實(shí)驗(yàn)室主任和領(lǐng)導(dǎo)者領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，設(shè)計(jì)了一種超低壓電力 系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)到中央接收傳感器的通過(guò)反映周?chē)鸁o(wú)線電從已經(jīng)沐浴大多數(shù)辦公商業(yè)廣播系統(tǒng)波環(huán)境。

“我們的想法是重復(fù)使用我們周?chē)乃袩o(wú)線電信號(hào)作為傳輸數(shù)據(jù)的媒介，就像在池塘中發(fā)送漣漪一樣，”Sample說(shuō)。

這種方法從根本上降低了傳感器節(jié)點(diǎn)的功率要求，因?yàn)樗a(chǎn)生的無(wú)線電波消耗了大部分電池電量。在迪士尼研究實(shí)驗(yàn)室的一次演示中，研究人員能夠通過(guò)使用針對(duì)弱光條件優(yōu)化的太陽(yáng)能電池來(lái)滿(mǎn)足剩余的電力需求。

研究人員在喬治亞州亞特蘭大市舉行的IEEE計(jì)算機(jī)通信會(huì)議(INFOCOM 2017)上展示了他們的超寬帶(UWB)環(huán)境背向散射系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。包括周昌昌和Jeremy Gummeson在內(nèi)的研究小組在室內(nèi)辦公室演示了該系統(tǒng)。環(huán)境，使用來(lái)自14個(gè)無(wú)線電塔和兩部手機(jī)的環(huán)境信號(hào)。

“物聯(lián)網(wǎng)的承諾是無(wú)線傳感器無(wú)處不在，讓設(shè)備能夠感知環(huán)境并相互交談，”迪士尼研究副總裁Markus Gross說(shuō)。“然而，當(dāng)我們將下一個(gè)十億無(wú)線設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，使用電池為這些設(shè)備供電將變得不可行.UWB環(huán)境后向散射系統(tǒng)可能部署在任何大都市區(qū)域，具有解決這個(gè)問(wèn)題的巨大潛力困境。”

反向散射通信已經(jīng)用于無(wú)源RFID標(biāo)簽。在這種情況下，RFID讀取器將射頻功率發(fā)送到無(wú)電池RFID標(biāo)簽; 標(biāo)簽通過(guò)將載波反射或反向散射回讀取器，將數(shù)據(jù)發(fā)送給閱讀器。這些系統(tǒng)的范圍有限，這使得它們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)不切實(shí)際。

其他研究人員已經(jīng)展示了通過(guò)使用來(lái)自單一來(lái)源(例如電視臺(tái))的環(huán)境無(wú)線電波而需要更少功率的系統(tǒng)。但是，除非環(huán)境信號(hào)的功率提升到高水平，否則范圍限制在幾米。

Sample表示，UWB方法 - 反向散射所有環(huán)境光源 - 提供了關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。使用多個(gè)反向散射通道可提高信噪比，從而顯著提高反向散射讀取器的靈敏度并減少死區(qū)。反過(guò)來(lái)，這使得系統(tǒng)能夠在真實(shí)世界環(huán)境源上運(yùn)行，并且在使用來(lái)自廣播塔的環(huán)境信號(hào)時(shí)大致擴(kuò)展到22米 - 當(dāng)使用由移動(dòng)電話上行鏈路流量產(chǎn)生的環(huán)境信號(hào)時(shí)為50米。

Sample說(shuō)，超低功耗傳感器節(jié)點(diǎn)必然簡(jiǎn)單，這需要反向散射讀取器為系統(tǒng)進(jìn)行繁重的工作。讀取器必須接收反向散射信號(hào)，解碼并組合多個(gè)反向散射載波以從每個(gè)傳感器恢復(fù)數(shù)據(jù)。讀卡器使用四個(gè)軟件定義的無(wú)線電接收器 - 一個(gè)用于FM無(wú)線電頻段，另一個(gè)用于覆蓋大部分蜂窩上行鏈路和下行鏈路頻段，兩個(gè)用于數(shù)字電視頻段。

他補(bǔ)充說(shuō)，由于硬件無(wú)需調(diào)諧到任何特定的頻段，因此UWB系統(tǒng)幾乎可以部署在任何大城市地區(qū)。與利用環(huán)境無(wú)線電波的其他實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不同，迪斯尼系統(tǒng)不專(zhuān)注于單個(gè)信號(hào)源，而是使用所有可用的環(huán)境無(wú)線電源，從FM無(wú)線電廣播到數(shù)字電視信號(hào)，再到進(jìn)出蜂窩電話的傳輸。

結(jié)合創(chuàng)意和創(chuàng)新，這項(xiàng)研究延續(xù)了迪士尼利用技術(shù)來(lái)增強(qiáng)未來(lái)工具和系統(tǒng)的豐富遺產(chǎn)。