Wetenschappers ontwikkelen energiezuinige 'passieve' wifi

Onderzoekers zijn erin geslaagd een zeer energiezuinig 802.11b-wifi-signaal op 11Mbit/s via een 'passief wifi'-component te laten verlopen. Het signaal lift hierbij mee op reflecterend bestaand signaal, waardoor het verbruik 10.000 keer lager uit kan vallen dan bij huidige wifi-onderdelen.

De onderzoekers van de University of Washington maken voor het zuinige signaal gebruik van backscatter communication, oftewel de terugwaartse verstrooiing van elektromagnetische golven. Al eerder probeerden wetenschappers dit in te zetten, door een narrowband-signaal toe te voegen aan bestaande weerkaatsende wifi-signalen, maar de snelheid hiervan was laag en bestaande wifi-apparatuur kon die signalen niet decoderen.

Bij de vinding van de wetenschappers van de University of Washington wordt geen extra signaal toegevoegd, maar een wifi-signaal gegenereerd. Ze claimen dat standaard wifi-apparaten als routers, smartphones en tablets het zo ontstane 'passieve wifi'-signaal kunnen decoderen.

Wat het verbruik van wifi-chipsets relatief hoog maakt, is dat die onderdelen analoge radiofrequentiecomponenten hebben voor het uitsturen van signaal. Waar onderdelen voor digitale verwerking steeds kleiner en zuiniger gemaakt kunnen worden, is dat bij analoge rf-componenten minder het geval. De onderzoekers stellen daarom voor dit deel te delegeren naar een enkel op het lichtnet aangesloten apparaat in een netwerk. De passieve wifi-componenten kunnen zich dan beperken tot het digitaal coderen en moduleren van het signaal.

Het actieve wifi-apparaat stuurt een toon op een enkele frequentie uit en de passieve onderdelen liften mee op dit signaal door het te reflecteren of absorberen. Ze verschuiven daarbij de frequentie en gebruiken digitale modulatie om 802.11b-packets te creëren. Dit signaal is vervolgens door bestaande wifi-apparaten te ontvangen, betogen de onderzoekers.

Het is hen gelukt om snelheden van 1Mbit/s en 11Mbit/s te realiseren met een verbruik van respectievelijk slechts 14,5 en 59,2µW. Verder is het volgens hen met de methode mogelijk het signaal een afstand van negen tot dertig meter af te laten leggen.

Ze beschrijven hun werk in een paper met de titel Passive Wi-Fi: Bringing Low Power to Wi-Fi Transmissions. De techniek zou van pas kunnen komen voor internet-of-things-toepassingen in ruimtes met bestaande wifi-infrastructuur. Veel iot-apparaten zijn klein en functioneren op batterijen, waardoor een laag verbruik voordeel kan bieden.

Helaas!
De video die je probeert te bekijken is niet langer beschikbaar op Tweakers.net.

Reacties (31)

[OddesE]

Dit zou wel eens de missing link kunnen zijn voor mesh netwerken.

In de huidige opzet is elk wifi device verbonden met een access point. Elk device praat met dat access point en verder niet. Teken je daar een plaatje van dan krijg je een hele zwik lijntjes naar een centraal punt. Een ster netwerk topologie. Nadeel is dat het AP een single point of failure wordt en dat je congestie krijgt als het te druk wordt. Bijvoorbeeld in steden.

Met mesh netwerken zoeken devices onderling contact met elkaar. Voordeel is dat je een veel logischer plaatje krijgt met korte verbindingslijnen. Nadeel is dat pakketjes via andere devices moeten om bij het AP aan te komen. .. en wie wil dat zo'n telefoon op staat te gaan om de pakketjes van een ander te verzenden?

Maar mesh netwerken schalen veel beter en zijn veel robuuster. Dus wellicht dat er een low Power mesh standaard gemaakt kan worden met deze technologie.

[Aragnut]

Volgens mij is het hele idee van een mesh netwerk dat pakketten versterkt doorgezonden worden. De techniek die hier omschreven wordt geeft geen enkele boost aan het signaal , maar zorgt ervoor dat 1 van de 2 apparaten geen zender hoeft te zijn (enkel het bestaande signaal aan te passen). Je signaal/zend reikwijdte neemt hierdoor dus niet toe wat bij een mesh netwerk wel zo is.

mesh netwerk: verhaal door vertellen over een keten(persoon A, naar persoon B naar persoon C etc.)
Passief wifi: Signaal aangepast terugsturen (Persoon A met een zaklamp, persoon B en C met een bordje wat ze omhoog kunnen houden wat het licht wel/niet reflecteert).

[MeMoRy]

Mesh netwerken staat volgens mij redelijk los van deze technologie.
Wat had jij in gedachten? Dat er een bron is, en elke mesh node selectief berichten door-reflecteert naar de volgende node?

Zoals al uitgelegd wordt: Bij Mesh netwerken (e.g. ZigBee) is elke node een boundary, waarbij elke node slave én host kan zijn van/voor andere nodes. Dit in tegenstelling tot een ster topologie, waarbij er één centrale host is (WiFi).
Deze technologie lijkt juist erg afhankelijk van een sterke host in de buurt als bron van baseband. Als je die toch nodig hebt, heeft een Mesh topologie geen voordeel.

[OddesE]

Toch wel. De bron kan gewoon de mast zijn die een carrier signaal uitzendt.

Het probleem is vaak niet de afstand tot de mast, maar meestal dat de mast is overbelast. Nogmaals, vooral in grote steden gebeurt dit. Omdat er *te veel* devices zijn. Mesh netwerken worden juist beter als er meer devices zijn, omdat elk device een steeds kortere afstand hoeft af te leggen.

[killergrave]

Dit zijn supper belangerijke ontwikkelingen!
Denk eens na. Dit zou het mogelijk maken om de batterij straks weg te laten bij dit soort apparaten.
Met de warmte/licht die al in de ruimte beschikbaar is kan het apparaatje zichzelf voorzien van stroom.

Persoonlijke opmerking/vraagje.
Is mijn visie verkeerd als ik zeg dat dit best wel eens Bluetooth zou kunnen vervangen in de toekomst?
10.000 x minder stroom is erg goed. Wat gebruiken de oude/huidige wifi chips dan wel niet ? zodat we het even met mekaar kunnen vergelijken. Zou best interessant kunnen zijn???.
Hoe zit het met de latancy ? wetende dat het niet de bedoeling is dat het bliksem snel moet zijn,maar toch ben ik er wel nieuwsgierig naar!


Ik hou deze ontwikkeling scherp in de gaten!

[Reactie gewijzigd door killergrave op 24 juli 2024 20:27]

[Laptom]

Beetje RF-ID achtig.
Op een gemiddelde chipkaart staat ook een 8-16-32bit microcontrollertje te draaien van energie uit een RF-ID energiebron.

Oud principe, mooi om toe te passen bij WiFi!

[sympa]

Je krijgt juist een flink signaal in de lucht dat de 'voeding' is van de andere access points - dat komt van de 'hoofdzender'. Dus meer signaal in plaats van minder. Dat er weinig energie nodig is bij degene die de informatie uitzendt is leuk, maar niet echt een besparing op RF-energie.
Wel knap gedaan!

[Reactie gewijzigd door sympa op 24 juli 2024 20:27]

[supersnathan94]

Maar maakt dat uit? Ik neem aan dat het met name gaat om de verplaatsing van de energiebehoefte naar apparaten met een netspanningsvoorziening ipv accu DC. Dat scheelt wel even een hoop op de bruikbaarheid van portable wifi apparatuur.

[Ro-Maniak2]

Scheelt mogelijk ook een deel in de zorgen ivm steeds meer radiosignalen om ons heen. In dit concept is er maar 1 zender, 1 signaal in plaats van vele. Scheelt als ik het goed zie flink in het totaal uitgestraalde vermogen.

[Sissors]

1 zender die uiteraard veel sterker staat te zenden om uiteindelijk te zorgen dat er na de modulatie door de apparaten nog een even sterk signaal als eerst bij je router weer aan komt.

[PuzzleSolver]

In de bron kon ik vinden

The plugged-in device was set to transmit at an EIRP of 30 dBm.

Volgens dit wikipedia is 15 tot 27 standaard
https://en.wikipedia.org/...tronic_devices_and_health

Dus inderdaad, je hebt gelijk, maar ik zie altijd graag een bronvermelding bij dat soort beweringen

[Belboer]

Allicht dan nog aardig om te weten dat de maximaal toegestane EIRP in Nederland op de 2,4GHz 100mW is, ofwel 20dBm. De gebruikte 30dBm is 1 Watt en dus tien keer meer dan toegestaan.

[Sissors]

Hoewel ik moeilijk kan ontkennen dat een bronvermelding niet goed is, is dit ook wel een beetje een inkoppertje hoor: Je device moet zijn signaal met een bepaalde sterkte bij de router krijgen. We kunnen ervan uitgaan dat dit even sterk moet als bij een normale actieve wifi zender. (Als het zwakker kan, kan je die normale actieve wifi zender natuurlijk ook zuiniger maken door hem een heel stuk terug te draaien).

Gezien je een bestaand signaal gaat moduleren, en dat moet dus weer terug komen bij de zender ervan, betekend dat dat je heel veel sterker moet zenden om even sterk bij de zender terug te komen. Of je accepteert een veel lagere SNR, en daardoor dus een lagere bitrate. Dat kan ook, maar dan maak je wel een oneerlijke vergelijking, en moet je het vergelijken met een ander systeem met een soortgelijke bitrate en een soortgelijk doel.

In aanvullen dus op wat Belboer schrijft: Het maximum is 20dBm, maar daar haal je wel heel veel hogere snelheden mee dan 11mbps. Als je doel slechts 11mbps is durf ik te stellen dat je met 10dBm een heel eind komt (vooral bij deze afstanden door de open lucht). En dan zitten we dus al op een factor 100.

[Reactie gewijzigd door Sissors op 24 juli 2024 20:27]

[Dima_2005]

Best geniale ontwikkeling. Dit zou een heel mooie toevoeging zijn voor wifi in mobiele telefoons wanneer ze toch in standby staan en enkel wachten op een push-bericht od. Nu schakelen ze al terug op 1Mbps om energie te besparen, maar nog een grotere besparing zou welkom zijn.

[bbr]

Wel een kleine kanttekening - de "push" waar je het over hebt op je telefoon is eigenlijk gewoon een pull. Je telefoon staat dan constant te pollen of er al een bericht is.

[SteveWoz]

Lijkt me persoonlijk dat daar eerst een push aan voorafgaat. De bron gaat natuurlijk niet vanuit zichzelf informatie verzenden (buiten SSID en dergelijke uiteraard).

[Justin_]

Pull dus

[batjes]

Ligt eraan. Ik ken zo de werking van Android/iOS niet (ik zit niet in die wereld dus mijn Google resultaten kunnen waardeloos zijn). Maar Windows (phone) doet het d.m.v. de netwerk detectie. Deze doet standaard een korte check op een MS server van "Yo heb ik internet", waarop MS als reactie vanaf hun push notification eventuele openstaande notificaties van apps naar je device toestuurd. Er is geen pull per app of specifiek voor notificaties.

[bbr]

Een server ergens in america weet niet dat / of naar welke van de miljoenen telefoons hij een bericht moet sturen, of jouw ip nog actueel is,. en of je telefoon wel aan staat.

Je telefoon doet dus constant een ping zeg maar "hoi heb je een bericht voor mij?", meestal zal het antwoord van de apple server dan "nee" zijn, en word het snel afgehandeld.
Soms is het "ja", en dan kan je telefoon vragen "geef maar dan".

Dat is dus toch echt een pull, want jouw telefoon initieert de verbinding.

[Dorank]

Een server ergens in america weet niet dat / of naar welke van de miljoenen telefoons hij een bericht moet sturen, of jouw ip nog actueel is,. en of je telefoon wel aan staat.

Ik zou zeggen: zoek even uit hoe TCP werkt.

Een bestaande TCP connectie kan uren openstaan zonder ook maar 1 packet te versturen (zonder keep-alive). Clients doen er echter verstandig aan om af en toe een keep-alive in een protocol boven op (OSI) laag 4 te doen (of te vertrouwen op het TCP keepalive model).

Als een server iets probeert te sturen naar een socket die stale is zal de verbinding vanzelf omvallen, een client zal het pas doorhebben als ze zelf iets proberen.

Of daadwerkelijk pull wordt gebruikt is natuurlijk afhankelijk van de applicatie, maar de meeste achtergrond applicaties (mail en im notificaties) krijgen instantaan een melding als er een bericht is, om dat via pull te doen zou betekenen dat er meerdere malen per seconde gepulled moet worden en dan zou de batterij veel veel sneller leeg zijn (iets wat heel simpel te controleren/bevestigen is met packet inspection en devices op wifi)

[Durandal]

Juist, en in wat meer detail:
Het OS krijgt een interrupt als er data beschikbaar is op de socket en maakt de applicatie wakker.

Wel degelijk push (oftewel non-poll).
Mits de applicatie degelijk is geprogrammeerd ofc.

[Reactie gewijzigd door Durandal op 24 juli 2024 20:27]

[SkiFan]

Nee, dit werkt anders. Je telefoon pullt voor een bericht, server zegt: weet je we laten de verbinding open staan, en zodra ik een pakketje voor je heb stuur ik dat. Dat pakketje heeft een TTL van max 1 uur. Dus slechts 1 keer per uur hoeft de telefoon die verbinding te vernieuwen, terwijl nieuwe mail dan toch direct binnenkomt.

[iAR]

Volgens mij werkt dat anders. De telefoon stuurt een signaal naar de server die pas terug komt als notificatie. En na een notificatie wordt er weer een signaal gestuurd.
Dat is een soort pull-met-delay-until-push, maar heet push

[Nox]

Die paar miliwatts, kan je die niet opvangen uit het signaal zelf? Dus een soort van Power over WiFi?

[Verwijderd]

Dit is nu een idee waar ze mee aan de slag moeten heel slim.Dat het signaal zelf de stroom genereerd.Dat kan zo wel wifi zijn ,maar ook andere frekwenties ,annaloog en digitaal.

Maar .... .;Nu lift het mee op andere wifi signalen . "Toe te voegen aan bestaande weerkaatsende wifi-signalen",
Wat als er geen ander wifi signaal is ?Dan werkt het dus niet .

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 24 juli 2024 20:27]

[Manny Calavera]

Ook zeer interessant voor kleine apparaatjes die op batterij werken oid.
Bij wijze van een sensor die je elk half jaar opnieuw een batterij in duwt, minder energie vreten is dan natuurlijk een must.

[alberthvandijk]

ik vraag me eerder af of dit LoRa kan vervangen in de toekomst. Of de uitrol van LoRa overbodig maakt. Of is het bereik wellicht een bottleneck. Hoe kijken jullie daar tegenaan?

[Reactie gewijzigd door alberthvandijk op 24 juli 2024 20:27]

[Marty007]

Misschien een gekke vraag hoor maar hoe zou het nu gaan dan... in feite stuur je een enorm hoogfrequent geluid de lucht in... Hoewel wij dit zelf niet horen kan ik me voorstellen dat dit enorme overlast kan veroorzaken bij dieren etc.... ook lijkt me een open golf waar je signaal op surft erg onveilig.. hoeven ze straks die mooie stingrays niet eens meer te gebruiken. Je gooit je wifi signaal zelf al te grabbel?

[ImaPseudonym]

Nee, dit soort signalen werkt anders. Het is een elektromagnetische golf, en niet een golf die bestaat uit trillende luchtdeeltjes (zoals bij geluid het geval is).
Als wifi wel uit trillende luchtdeeltjes zou bestaan, dan zou je de antenne van je wifi-kaart kunnen vervangen door een microfoon

[jurgen67]

Een beetje het princiepe van "The Thing" van Leon Theremin (Lev Sergejevitsj Termen)
https://en.wikipedia.org/...ng_%28listening_device%29