【導(dǎo)讀】位于美國(guó)艾摩斯特市的馬薩諸塞州大學(xué)(UMASS Amherst)的一個(gè)研究小組發(fā)明了一種新的無(wú)線(xiàn)電架構(gòu)，只需在現(xiàn)有藍(lán)牙低功耗(BLE)無(wú)線(xiàn)電設(shè)備中增加幾個(gè)便宜的元件(與無(wú)源射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽中的類(lèi)似)，就能將聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)電部分?jǐn)U展到三種工作模式：有源、無(wú)源和反向散射。它能夠極大地降低可穿戴設(shè)備和小型電池供電設(shè)備在與較大型電池供電設(shè)備(如智能手機(jī)或筆記本電腦)通信時(shí)的功耗。
圖1：Braidio功耗與電池大小成正比。
在美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)通信特殊興趣小組(SIGCOMM)會(huì)議上發(fā)表的論文《Bradidio：帶有非對(duì)稱(chēng)能量預(yù)算的移動(dòng)設(shè)備集成式有源無(wú)源無(wú)線(xiàn)電》（Braidio: An Integrated Active-Passive Radio for Mobile Devices with Asymmetric Energy Budgets）中指出，這種新的無(wú)線(xiàn)電架構(gòu)允許設(shè)備在三種工作模式之間切換，可以只消耗與兩臺(tái)通信的設(shè)備之間檢測(cè)到的可用能量成正比的功率。
他們最初的研究是從分析商用RFID標(biāo)簽閱讀器(用于閱讀無(wú)源標(biāo)簽的反向散射閱讀器)開(kāi)始的，通過(guò)在靈敏度方面的一些折衷，可以顯著簡(jiǎn)化其架構(gòu)，并提升其能效。
在合理的近距離(一米)內(nèi)，反向散射模式可以維持1Mbps的數(shù)據(jù)速率。隨著距離的增加，接收器反向散射模式支持的比特率將下降到100kbps和10kbps(分別在1.8m和2.4m處)。如果距離更長(zhǎng)，具有改進(jìn)藍(lán)牙功能的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以切換到無(wú)源接收器模式，在1Mbps速率下可以達(dá)到3.9m范圍，在100kbps速率下可達(dá)4.2m范圍。當(dāng)距離超過(guò)6m時(shí)，兩臺(tái)設(shè)備都將切換到正常的BLE有源模式。
正是通過(guò)復(fù)用這三種模式，才使得兩臺(tái)設(shè)備能夠不斷地修正它們的通信機(jī)制，確保電池容量最低的設(shè)備能以最低的功耗實(shí)現(xiàn)最高的比特率。
馬薩諸塞州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系副教授Deepak Ganesan將這種交錯(cuò)進(jìn)行的多模式通信機(jī)制命名為Braidio，即“交替式無(wú)線(xiàn)電，braided radios”。
這幾種不同的模式可以讓兩臺(tái)設(shè)備以不對(duì)稱(chēng)的功率模式進(jìn)行通信，在發(fā)射器和接收器之間動(dòng)態(tài)地分割通信功耗負(fù)擔(dān)，因?yàn)樽钚〉脑O(shè)備一般要求最好的功率預(yù)算(雖然較大的設(shè)備在電池電量低時(shí)也可以提出同樣的要求)。
論文中描述的與功耗成比例的低功耗無(wú)線(xiàn)電對(duì)的發(fā)射器和接收器功耗比可以在1:2546到356:1之間變化，這是一個(gè)很大的動(dòng)態(tài)范圍(7個(gè)數(shù)量級(jí))，完全可以滿(mǎn)足不同設(shè)備之間寬范圍的功率預(yù)算要求。
圖2：各種商用設(shè)備在不同距離進(jìn)行傳輸時(shí)采用Braidio和藍(lán)牙的性能增益比較。
研究小組還專(zhuān)門(mén)收集了具有不同電池容量的多種設(shè)備之間分別使用Braidio和普通對(duì)稱(chēng)負(fù)載BLE傳輸時(shí)的性能增益數(shù)據(jù)。結(jié)果數(shù)據(jù)令人吃驚！
數(shù)據(jù)表明，“交替式無(wú)線(xiàn)電”在不同模式下的功耗在16uW與129mW之間，與藍(lán)牙相比，傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)量增加了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
圖3：分別用Braidio和藍(lán)牙進(jìn)行傳輸獲得的性能增益比較(橫坐標(biāo)上的設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)到縱坐標(biāo)上的設(shè)備時(shí))
當(dāng)兩臺(tái)通信設(shè)備電量差距很大時(shí)，采用Braidio的優(yōu)勢(shì)尤其明顯，因此與工作在完全有源模式時(shí)相比，它能夠使大多數(shù)能量受限的設(shè)備持續(xù)長(zhǎng)得多的工作時(shí)間。
“我們正在保護(hù)相關(guān)的專(zhuān)利，并著手考慮IP許可問(wèn)題。”Ganesan承認(rèn)，不過(guò)這些研究人員還沒(méi)有確定的未來(lái)商業(yè)計(jì)劃。
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