Første demonstration af et overvågningskamera drevet af almindelige Wi-Fi-udsendelser

En af de væsentligste barrierer for at implementere sensorer, kameraer og kommunikatorer er spørgsmålet om magt. Opgaven med at montere et sikkerhedskamera på en ydre væg eller en temperatursensor på et loft løber straks ind i spørgsmålet om, hvordan man fører et strømkabel til enheden eller sørger for, at batterierne udskiftes regelmæssigt.

Så er der tingenes internet, ideen om, at næsten alle objekter kunne udstyres med en chip, der udsender data, såsom dens placering, om den er fuld eller tom, eller om en anden parameter såsom temperatur eller tryk er farligt høj eller lav.

Der forventes store ting af tingenes internet, men kun hvis ingeniører kan løse en potentiel dæmper på et spørgsmål: hvordan man driver disse utallige små maskiner.

I dag får vi et svar takket være Vamsi Tallas og venners arbejde ved University of Washington i Seattle. Disse fyre har udviklet en måde at udsende strøm til fjerntliggende enheder ved hjælp af en eksisterende teknologi, som mange mennesker allerede har i deres stuer: almindelig Wi-Fi. De kalder deres nye tilgang for magt over Wi-Fi eller PoWi-Fi.

Ideen er enkel i konceptet. Wi-Fi-radioudsendelser er en form for energi, som en simpel antenne kan opfange. Indtil nu er Wi-Fi-modtagere alle designet til at høste den information, som disse udsendelser bærer.

Men Talla og co påpeger, at der ikke er nogen grund til, at energien ikke også skal høstes. Spørgsmålet er, hvor meget der kan samles på denne måde. Og deri ligger udfordringen.

University of Washington-teamets tilgang til dette er forfriskende ligetil. De forbinder simpelthen en antenne til en temperatursensor, placerer den tæt på en Wi-Fi-router og måler de resulterende spændinger i enheden, og hvor længe den kan fungere på denne fjernstrømkilde alene.

Det enkle svar er, at spændingen over sensoren aldrig er høj nok til at krydse driftstærsklen på omkring 300 millivolt. Det kommer dog ofte tæt på.

Men en nærmere undersøgelse af dataene giver interessant læsning. Problemet er, at Wi-Fi-udsendelser ikke er kontinuerlige. Routere har en tendens til at sende på en enkelt kanal i serier. Dette giver nok strøm til sensoren, men så snart udsendelsen stopper, falder spændingerne. Resultatet er, at sensoren i gennemsnit ikke har nok juice til at virke.

Det gav Talla og venner en idé. Hvorfor ikke programmere routeren til at udsende støj, når den ikke sender information og bruge tilstødende Wi-Fi-kanaler til at bære den, så den ikke forstyrrer datahastigheder.

Og det er præcis, hvad de har gjort. For at gøre dette kræver de den elektroniske indmad fra tre routere, en for hver af de kanaler, de har til hensigt at sende på. (Wi-Fi-udsendelser kan være på en hvilken som helst af 11 overlappende kanaler inden for et 72 MHz-bånd centreret om 2,4 GHz-frekvensen. Dette giver mulighed for, at tre ikke-overlappende kanaler kan udsendes samtidigt).

Talla og co bruger tre Atheros AR9580-chipsæt, standardelektronik til Wi-Fi-routere. Men de programmerer disse enheder til at udsende på en måde, der kan levere kontinuerlig strøm til en energihøstsensor.

Derefter måler de de resulterende spændinger i deres temperatursensor og bestemmer, hvor længe den kan arbejde på forskellige afstande fra den modificerede router.

Resultaterne er imponerende. Det viser sig, at temperatursensoren kan fungere i afstande på op til seks meter fra routeren, og ved at tilføje et genopladeligt batteri til blandingen var Talla og co i stand til at øge det til omkring ni meter.

Endnu mere ambitiøst sluttede de også et kamera til deres antenne. Dette var en laveffekt Omnivision VGA-sensor, der var i stand til at producere 174 x 144 pixel sort/hvide billeder, hvilket kræver 10,4 milliJoule energi pr. billede.

For at lagre energi tilsluttede de en kondensator med lav lækage til kameraet, som aktiveres, når kondensatoren oplades til 3,1V og fortsætter med at fungere, indtil spændingen falder til 2,4 Volt. Billederne blev gemt i en 64 KB ikke-flygtig ferroelektrisk random access memory.

I de efterfølgende test klarede kameraet sig bemærkelsesværdigt godt. Det batterifrie kamera kan fungere op til [ca. fem meter] fra routeren, med en billedoptagelse hvert 35. minut, siger Talla og co. Ved at tilføje et genopladeligt batteri øgede de det til syv meter. Routeren kunne endda strømforsyne kameraet gennem en murstensvæg, hvilket viser, at det ville være muligt at fastgøre enheden udenfor, mens strømforsyningen holdes inde.

Det er noget, der ville være enormt nyttigt til overvågning, måske forbundet med en bevægelsessensor for at udløse kameraet, når noget bevæger sig i dets synsfelt.

Bare for at vise sig, sluttede holdet også deres antenne til en Jawbone fitness-tracker og brugte den til at genoplade møntdejen, der drev den. Ved at bruge dette oplader vi en Jawbone UP24-enhed i nærheden af ​​PoWi-Fi-routeren fra en tilstand uden opladning til 41 % opladet tilstand på 2,5 timer, siger de.

Denne form for ydeevne rejser dog vigtige spørgsmål, ikke mindst, hvordan de ekstra Wi-Fi-udsendelser kan forstyrre datahastighederne. For at finde ud af det udstyrede Talla og co seks boliger i et storbyområde med disse enheder og overvågede derefter indvirkningen på brugerne.

Denne påvirkning var minimal, siger Talla og co. Fire af brugerne oplevede ingen forskel i brugeroplevelsen, og en bruger sagde, at deres onlineoplevelse faktisk blev forbedret. Talla og co siger, at det var fordi deres modificerede router erstattede en af ​​særlig lav kvalitet. Den endelige bruger rapporterede en lille forringelse af hendes YouTube-seeroplevelse, som Talla og co siger sandsynligvis skyldtes interferenspåvirkninger med andre enheder.

Disse resultater vil være betryggende, men kun for nogle brugere. Talla og co nævner ikke, hvilken indflydelse deres nye routere havde på downloadhastighederne på andre routere i nærheden, for eksempel dem, der blev brugt af naboer.

Det væsentlige ubesvarede spørgsmål er dette: hvordan forstyrrer disse routere andre signaler? At have en router ved siden af, der sprænger signaler ud på tre Wi-Fi-kanaler, er måske ikke alles idé om naboadfærd.

Det er dog værd at påpege, at hvis denne form for interferens viser sig at være et problem for nuværende routere, er det et problem, der kan løses i fremtidige generationer.

Derfor bør det ikke forringe det ekstraordinære potentiale ved PoWi-Fi. Evnen til at levere strøm trådløst til en bred vifte af autonome enheder og sensorer er enormt vigtig. Men den virkelige prikken over i'et her er evnen til at gøre dette med almindelig teknologi, der er almindeligt tilgængelig over hele den udviklede verden og udenfor. Som sådan kunne PoWi-Fi være den muliggørende teknologi, der endelig bringer tingenes internet til live.

Ref: arxiv.org/abs/1505.06815 : Forsyner den næste milliard enheder med Wi-Fi

skjule