Пасивната RFID, използваща модулация LoRa, достига разстояние от 2,8 километра

В системата за обратно разсейване на дълги разстояния, разработена от изследователите на UW, този сензор използва отразени радиовълни, за да кодира и съобщава информация с почти нулева мощност. Той може да “поговори” с приемник на разстояние до 2,8 километра.
В системата за обратно разсейване на дълги разстояния, разработена от изследователите на UW, този сензор позволява на устройства, които работят за изключително ниска мощност за пръв път да комуникират на дълги разстояния.

Изследователи от университета във Вашингтон демонстрираха за пръв път, че устройствата, работещи с почти нулева мощност, могат да предават данни на разстояние до 2,8 километра – да преодолеят съществуващата от дълго време бариера и потенциално да позволят широк набор от взаимосвързани устройства.

Например, гъвкавата електроника – от коляното, което прихваща обхвата на движение при артритни пациенти до пластири, които използват пот, за да открие умора при спортисти или войници – залагат на голямо обещание за събиране на медицински данни.

Днес обаче гъвкавата електроника и други сензори, които не могат да използват батерии и трябва да работят с много ниска мощност, обикновено не могат да комуникират с други устройства на повече от няколко метра или метра. Това ограничава практическото им приложение в приложения, вариращи от медицински мониторинг и домашно наблюдение до интелигентни градове и прецизно земеделие.

За разлика от това, системата за обратно разпръскване на UW, използваща отразени радиосигнали за предаване на данни при изключително ниска мощност и ниска цена, постига надеждно покритие в цялата къща с площ от 4800 квадратни метра, офисна площ, обхващаща 41 стаи и един акра зеленчуци ферма. Системата е подробно описана в доклад, който ще бъде представен на 13 септември в UbiComp 2017.

Снимка от гъвкав епидермален пластир
Изследователският екип изгради този гъвкав прототип на епидермалния пластир, който би могъл да се използва за събиране и безжично предаване на полезни медицински данни, който успешно предава информация през атриума от 3300 кв. Фута. Денис Уайз / Университета във Вашингтон

“Досега устройствата, които могат да комуникират на дълги разстояния, са консумирали много енергия.Компромисът в устройство с ниска консумация, което консумира микровълни на властта, е, че комуникационният му диапазон е кратък “, казва Шям Гъллакота, водещ факултет и доцент в Университета за компютърни науки и инженеринг” Пол Г. Алън “. “Сега показахме, че можем да предложим и двете, които ще бъдат доста смяна на играта за много отрасли и приложения.”

Най-новата система за обратно разпръскване на дълги разстояния на екипа осигурява надеждна комуникация на дълги разстояния със сензори, които консумират 1000 пъти по-малко енергия от съществуващите технологии, способни да предават данни на подобни разстояния. Това е важен и необходим пробив към вграждането на свързаност в милиарди ежедневни обекти.

Системата за обратно разпръскване на дълги разстояния ще бъде пусната на пазара от Jeeva Wireless, компания, създадена от екип от компютърни специалисти и електроинженери на UW, която очаква да започне да продава до шест месеца.

снимка на системата за обратно разсейване LoRa на фермата
Обсегът на комуникация на много устройства с ниска мощност е ограничен до няколко фута. Сензорът на UW за обратно разсейване на дълги разстояния (показан на преден план) успя да комуникира с приемник (държан в далечния фон) в една акра ферма, къща с площ от 4800 квадратни метра и офис площ, обхващаща 41 стаи. Денис Уайз / Университет във Вашингтон

Сензорите са толкова евтини – с очаквана обща цена от 10 до 20 цента – че земеделските стопани, които искат да измерват температурата на почвата или влагата, биха могли да покрият цялото поле, за да определят как ефективно да засаждат семена или вода. Други потенциални приложения варират от сензорни масиви, които могат да наблюдават замърсяването, шума или трафика в “умни” градове или медицински устройства, които могат безжично да предават информация за състоянието на пациента на сърцето денонощно.

“Хората говорят за вграждане на свързаност в ежедневни предмети като пералня, хартиени кърпи и чаши за кафе от години, но проблемът е цената и консумацията на енергия за постигането на това”, каза Vamsi Talla, главен технически директор на Jeeva Wireless, Allen School postdoctoral researcher и получава докторска степен по електротехника от UW. “Това е първата безжична система, която може да инжектира свързаност във всяко устройство с много минимални разходи”.

Изследователският екип, например, изгради прототип на контактна леща и гъвкав епидермален пластир, който се свързва с човешката кожа, която успешно използва обратно разсейване на далечни разстояния, за да предава информация през атриум от 3300 квадратни метра. Това е порядъка на по-голям от 3-футовия диапазон, постигнат от предишните дизайни на интелигентни контактни лещи.

Снимка на система за обратно разпръскване на дълги разстояния
Системата за обратно разпръскване на дълги разстояния използва източник, който излъчва радиосигнал, сензори с ниска мощност, които кодират информация в отразени сигнали и приемник на открито. Денис Уайз / Университет във Вашингтон

Системата има три компонента: източник, който излъчва радиосигнал, сензори, които кодират информация в отражения на този сигнал и евтин приемник, който декодира информацията. Когато сензорът е поставен между източника и приемника, системата може да предава данни на разстояние до 475 метра. Когато сензорът е поставен до източника на сигнал, приемникът може да декодира информацията от разстояние до 2,8 километра.

Предимството при използването на отразени или “обратно разсеяни” радио сигнали за предаване на информация е, че сензорът може да работи с изключително ниска мощност, която може да бъде осигурена от тънки евтини гъвкави печатни батерии или да бъде събрана от околните източници – премахвайки необходимостта от обемисти батерии. Недостатъкът е, че за приемника е трудно да различи тези изключително слаби отражения от оригиналния сигнал и друг шум.

снимка на прототипа на контактна леща
Екипът на UW предаде информация и чрез атриум с площ 3300 кв. Фута, използвайки този прототип на “умната” контактна леща. Денис Уайз / Университета във Вашингтон

“Това е като да се опитвате да слушате разговор, който се случва от другата страна на гъста стена – може да чуете някакви слаби гласове, но не можете да изясните напълно думите”, каза Меддад Хесер, докторант на Ален училище. “С новата ни технология можем по същество да декодираме тези думи дори когато самият разговор е трудно да се чуе”.

За да се преодолее проблемът, екипът на UW въведе нов тип модулация – наречена широко разпространен спектър – в неговия дизайн. Разпространението на отразените сигнали на множество честоти позволи на екипа да постигне много по-голяма чувствителност и да декодира обратно разсеяните сигнали на по-големи разстояния дори когато е под шума.

снимка на изследователския екип
Изследователският екип за обратно разсейване на далечни разстояния включва бившите докторанти по електротехника на UW Bryce Kellogg (вляво), Vamsi Talla (център) и докторантът на Allen Mehrdad Hessar (вдясно). Денис Уайз / Университета във Вашингтон

“Основно започнахме с чиста плоча и казахме, че това, от което наистина се нуждаем, за да дадем възможност на интелигентните приложения, е комуникацията на далечни разстояния, как бихме могли да проектираме системата отначало, за да постигнем тази цел?”, Каза Брис Келог, съосновател на Jeeva Wireless, който е студент по електроинженерство на UW.

Изследването е финансирано от Националната научна фондация.

Съавторите включват Джошуа Смит, професор в Алън училище и UW катедра по електротехника, и UW електротехнически докторант Али Najafi.

За повече информация се свържете с изследователския екип на longrange@cs.washington.edu.

[whohit]_Passive_RFID_bg_post[/whohit]