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延长电池寿命新思路:物联网传感器搭载两个无线电

2020年08月11日 16:49 次阅读

为了延长电池寿命,发送数据的IoT无线电应仅在有数据要发送时才通电,而第二个功率小的无线电应仅监听主要无线电的唤醒信号。学者们说,他们正在取得进展,让这些都发挥作用。

为了使物联网无处不在,许多人认为必须消除传感器和无线电的供电效率低下的问题。电池的化学性能还不够好,而且更换电池的费用高。在很多情况下,太阳能电池充电并不是解决方案,因为这种通常固定的技术并不特别适合移动网络,或者临时网络。

因此,人们开始努力寻找更好的化学物质来延长电池寿命,或者寻找更高效的芯片和电子器件。一种思路是,只有在网络无线电需要传输突发数据时才唤醒它们。

延长电池寿命新思路:物联网传感器搭载两个无线电

“现在的问题是,这些现有的设备并不确切知道何时与网络同步,所以它们会周期性地醒来,甚至在没有什么可通信的情况下也会这样做,”加州大学圣地亚哥分校电气和计算机工程教授帕特里克·梅西尔在媒体发布会上解释道。“通过增加唤醒接收器,我们可以将小型物联网设备的电池寿命从几个月提高到几年,”他说。

唤醒(Wake-up)

学校说,使唤醒接收器有用的关键是在非常高的频率下实现它们。原因是:一切都变小了。该校解释说:“它使研究人员能够将包括天线,变压器和其他片外组件在内的所有组件缩小为一个更小的封装。” 学校的解决方案是X频段的9 GHz。

该设备使用特定的无线电信号(称为wake-up signature)来工作,该信号针对IoT传感器的专用唤醒接收器芯片。该无线电可以比数据无线电芯片以更少的能量消耗工作,因为它的唯一目的是监听唤醒签名。加州大学圣地亚哥分校的设备仅消耗22.3纳瓦。学校声称,这大约是LED小夜灯使用的功率的一半。然后,另一个耗能更大的无线电,将由唤醒无线电根据需要打开,执行更繁重的任务,比如实际发送数据。

斯坦福大学也一直在研究物联网唤醒解决方案。它的纳米级超声波设备类似狗叫声的频率。这所学校也在研究这样一个前提:使用更高频率意味着人们可以设计更小的电子封装。该大学随后在其网站上宣称,该公司的芯片耗电量“相当于点亮一个老式圣诞灯泡所需电量的十亿分之一” 。

重要的是,这两所大学的解决方案都允许真正耗费电力的数据广播在不使用时关闭,而不是像现在普遍的那样只是处于休眠或睡眠状态。

高灵敏度

加州大学圣地亚哥分校认为,它的X Band设备有两大优势。它解释说,它的设计在不同的环境温度下表现良好:它声称可用性从14华氏度到104华氏度。这一温度范围意味着唤醒可以用于室外,例如在海上垂直环境中。

该大学还说,它的灵敏度是有史以来在-69.5 dBm的研究中发表的最好的。不过,延迟是一种折衷,因为有540ms的延迟。但对于很多物联网应用来说,这可能不是问题,比如短突发、周期性数据发送,例如用于环境感知。

这些数字在无线通信领域令人印象深刻。 在一个小型,高度灵敏的系统中,功耗如此之低,同时仍保持了温度稳定性,” Mercier说。 “这将启用各种新的物联网应用。”

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