IoT: Forscher arbeiten an WiFi-Verbindungen ohne Strom

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Strom aus der Luft? Das Internet der Dinge mit seinen vielen Sensoren und Datenquellen ruft nach neuen Wegen der Stromversorgung. US-Forscher wollen jetzt mit dem Backscatter-Effekt Batterien überflüssig machen.

Forscher der Universität Washington stellen eine neue Entwicklungen vor, über die RFID-Tags ohne Batterien mit dem Internet kommunizieren können. Die Idee dahinter ist, Radiowellen aus der Umgebung zu nutzen, um damit Informationen zu übertragen. Diese Wellen können von Handy-Sendemasten, Fernseher oder von WiFi-Netzen ausgehen.

Die Geräte sollen über Antennen diese Wellen einfangen und daraus Energie gewinnen. Über diese Stromquelle könnten die Geräte dann – vereinfacht gesagt – wieder selbst kabellos Signale übertragen. Damit könnten sich große Mengen von Geräten oder Sensoren mit dem Internet verbinden lassen. Das Problem der Stromversorgung für Messung oder Übertragung ließe sich mit Backscatter umgehen.

Konfiguration zeigt die kabellose Datenübertragung via Backscatter. Studenten der Washington State University, nutzen dafür die Energie von externen Radiowellen, um über den RFID-Tag (mitte) Signale zu modulieren. Auf diese Weise lassen sich dann auch Informationen übertragen. Quelle: Bryce Kellog.
Diese Konfiguration zeigt die kabellose Datenübertragung via Backscatter. Studenten der Universität Washington, nutzen dafür die Energie von externen Radiowellen, um über den RFID-Tag (mitte) Signale zu modulieren. Auf diese Weise lassen sich dann auch Informationen übertragen. Quelle: Bryce Kellog.

Da WiFi-Geräte in der Regel sehr energieintensiv arbeiten, könnte damit – zumindest ein Teil – der Stromversorgung sichergestellt werden hoffen die Forscher. Die Alternative ist, diese Geräte über Batterien mit Energie zu versorgen, was einen hohen Wartungs- und damit auch einen Kostenaufwand nach sich zieht.

Dabei umgehen die Forscher jedoch die Kommunikation über einen dedizierten Router. Denn diese Kommunikation verbraucht deutlich mehr Energie, als über Radiowellen eingefangen werden kann. Das Forscherteam versucht dieses Problem zu umgehen, indem es die Kommunikation des RF-Chips direkt mit dem Empfänger zusammenschließt.

In dem der Backscatter-Sender WiFi-Signale aus der Umgebung absorbiert oder reflektiert, können über die daraus resultierenden Signalschwankungen über CSI/RSSI-Modulation Informationen an den Empfänger übermittelt werden. In ersten Protypen sei daher mit einem Energieaufwand von weniger als 10 Mikrowatt eine Internetverbindung möglich.

Dafür nutzen die Forscher neben dem speziellen RFID-Backsactter-Tag einen handelsüblichen Linksys-Router und einen Laptop, sowie Intel Wi-Fi-Karten. Auf diese Weise haben die Forscher bereits 1 Kilibit pro Sekunde über eine Distanz von mehr als 2 Metern übertragen. Die Reichweite soll jedoch noch auf bis zu 20 Meter ausgeweitet werden.

In einem ausführlichen Paper beschreiben Bryce Kellogg, Aaron Parks, Shyamnath Gollakota, Joshua R. Smith, und David Wetherall ihre Vorgehensweise.

Das Verfahren wurde bereits zum Patent angemeldet. Als weiteren Vorteil dieser Technologie sehen die Forscher, dass sich dafür weitgehend vorhandene Infrastruktur über ein Software-Update nutzen lässt. Als Lesegerät ließe sich zum Beispiel ein Smartphone verwenden. Sollte sich diese Technologie als Praxistauglich erweisen, sind damit völlig neue Ansätze für das Internet der Dinge möglich.

 

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