Wi-Fi-n küldött árammal dolgozhatnak az érzékelők

Izzásban az okosotthonos és IoT termékek területe - ugyan a piaci áttörést még egy cég sem érte el, iparági konszenus, hogy ez csupán napok-hónapok-negyedévek kérdése lehet, és hamarosan mindenki szenzorokkal és internetre kötött használati tárgyakkal fogja körbevenni magát. Egy új kutatás egy probléma megoldását mindenesetre közelebb hozta: hamarosan mellőzhetjük majd az elemet az egyszerűbb IoT-eszközökből, elegendő lesz a Wi-Fi hozzáférési pont által kibocsátott rádiófrekvenciás sugárzás energiája.

Tölteni nem fogunk róla

A megoldás lényege, hogy a 2,4 GHz-es rádiófrekvenciás sugárzást a "betakarítók" (harvester) szűrik ki a levegőből és alakítják azt feszültséggé. Mivel az engedély nélkül használható frekvenciatartományokban igen szigorú szabályozás érvényes, a jeladó maximális teljesítménye (a kábelen mérve) 1 watt lehet, a masszívan veszteséges átvitel miatt pedig ennek egészen parányi töredéke vihető át - és minél távolabbra szeretnénk az energiát eljuttatni, annál rosszabb az eredmény.

Elszivárog a szakaszos sugárzás energiája.

Arra tehát nem érdemes számítani, hogy notebookot, telefont vagy hasonló komoly fogyasztót fogunk majd Wi-Fi-n tölteni. Bizonyos eszközöket azonban kifejezetten alacsony energiahasználattal is hasznosak tudnak lenni - például egy digitális hőmérő, amely periodikusan méri és Wi-Fi-n elküldi a hőmérsékleti adatokat, miközben az egész művelethez mindössze 2,77 mikrojoule energiát használ fel. Ennyi energia már nagyjából átvihető a Wi-Fi 2,4 GHz-es tartományában, egy új kutatásnak azonban ezt Wi-Fi adatfolyam mellett, boltban kapható hardverekkel is sikerült elérnie.

Csavar és duplacsavar

A rádiófrekvenciás (RF) energiaátvitel nem mai találmány, ilyen elven működnek például az energiaforrással nem rendelkező RFID chipek, amelyek a kiolvasáshoz és adatátvitelhez szükséges energiát is a leolvasótól kapják. A PoWiFi (power over Wi-Fi) azonban egészen egyedi kihívásokkal rendelkezik, a rádióhullámos energiaátvitel és a Wi-Fi szabvány követelményei ugyanis első olvasatra egymásnak teljesen ellentmondanak. Az energiaátvitelhez nagy erősségű, folyamatos sugárzás kell. Az általános szabályozás szerint azonban antennánként 1 watt a 2,4 gigahertzes tartományban használható rádiós eszközök maximális sugárzási teljesítménye.

A problémát tovább bonyolítja, hogy a Wi-Fi eszközök nem folyamatosan sugároznak, hanem szakaszosan, rövid megszakításokkal, hogy engedjenek más eszközöket is szóhoz jutni (ez az airtime fairness koncepciója) Ez a szakaszos sugárzás azonban az harvesterek belső felépítésének nem felel meg. A harvester ugyanis az antenna mögött kondenzátorba gyűjti a töltést, majd amint feszültség eléri a minimális értéket, begyújtja a rákötött elektronikát, hogy az elvégezhesse a feladatát. A kutatók szerint a szakaszosan sugárzó Wi-Fi-vel ezt a minimumot nem lehet elérni - az "adásszünetben" a begyűjtött feszültség elszivárog a kondenzátorban, így nem tudja az egység elérni a működéshez szükséges töltöttségi szintet.

Folyamatos sugárzás: 100 százalékot meghaladó időbeni lefedettség a tesztkörnyezetben.

A kihívás a szakaszos sugárzás folyamatossá tétele úgy,hogy az a Wi-Fi szabvánnyal is kompatibilis maradjon - ezt a kutatók még tovább fokozták azzal, hogy kizárólag bolti alkatrészekkel, szabványos hozzáférési ponttal dolgoztak (esetünkben néhány ASUS RT-AC68U szétbontásából). A megoldás az energia-sugárzás szétbontása csatornákra. A szabvány ugyanis a szakaszos adást csak az egyes csatornákra külön írja elő, így építhető olyan router, amely három csatornán (ideálisan az 1-es, 6-os és 11-es) csatornán is sugároz. Így megoldható, hogy az adat-réteg a szabvánnyal kompatibilis maradjon, a sugárzás azonban folyamatos legyen (ami a harverster számára kritikus). A kutatók szerint csupán szoftveres módosítással viszonylag könnyen létre hozható olyan router, amely képes 100 százalékot közelítő sugárzásra három antennán kombinálva. Mivel a harverster szempontjából lényegtelen, hogy a sugárzás melyik csatornán történik, ez a megoldás használható.

A Cornell kutatói a módosított szoftverrel ellátott routereket a laboratóriumon kívül is kipróbálták: hat otthonban, egészen gyakorlati körülmények között is sikeres tesztről beszélt a csapat, az energiaellátás és az adatfolyam is működőképesnek bizonyult, a teszt-felhasználók nem számoltak be romló felhasználói élményről.

Következő lépés: jöhetnek a gyártók

A kutatás lényege tehát: megvalósítható dedikált hardverek nélkül olyan Wi-Fi router, amely a felhasznált alkatrészeket tekintve nem, csupán szoftverében különbözik a mezei modellektől. Ezzel a hozzáférési ponttal pedig meghajthatóak az olyan extrém alacsony energiát igénylő okosotthon-eszközök, mint a hőmérők, vagy egyszerű kamerák. A kutatók akkutöltőt is teszteltek, ezzel azonban csupán energiasemleges szintig sikerült eljutni (vagyis épp a természetes merülést sikerült visszatáplálni), a nettó pozitív töltéshez valószínűleg komoly fejlesztésekre lesz még szükség - és kétséges, hogy az átvitt energia egyáltalán elegendő lesz-e például egy okosóra meghajtásához.

Forrás: hwsw