Czujniki wykorzystujące okablowanie sieci elektrycznej budynku jako antenę

fot. Gabe Cohn

Czujniki bezprzewodowe umieszczane w budynkach mogą monitorować dosłownie wszystko: od wilgotności powietrza i temperatury, do jakości powietrza i poziomu światła w pomieszczeniach. Wydają się być idealnym rozwiązaniem, dopóki nie weźmie się pod uwagę kosztu baterii i ich wymiany we wszystkich czujnikach w przeciągu kilku lat. Problem leży w tym, że większość czujników wykorzystuje sposób transmisji o znacznej energochłonności, która wykańcza wręcz zasilające je baterie.

Naukowcy z Uniwersytety w Waszyngtonie zaproponowali sposób na zmniejszenie ilości mocy zużywanej przez sensor niezbędnej do przesłania danych. Do tego celu posłużyli się okablowaniem elektrycznym budynku, które zostało zaadoptowane jako antena propagująca sygnał z czujnika. Zyskiem, oprócz znacznego powiększenia zasięgu komunikacyjnego czujników, stała się wydłużona aż pięciokrotnie żywotność baterii zasilających czujniki.

Technologia nazwana Sensor Nodes Utilizing Powerline Infrastructure (SNUPI) wysyła małe ilości danych drogą bezprzewodową z częstotliwością rezonansową dostosowaną do okablowania w ścianach budynku. Okablowanie, które może znajdować się w odległości około 4,5m od czujnika odbiera sygnał i spełnia funkcję olbrzymiej anteny odbiorczej transmitującej następnie dane z częstotliwością 27MHz do stacji bazowej podłączonej do sieci elektrycznej w dowolnej części budynku.

- Sieć elektryczna zapewnia wzmocnienie sygnału - mówi Shwetak Petel profesor inżynierii komputerowej na Uniwersytecie Waszyngtońskim. - Podczas gdy wiele czujników niskiej mocy posiada zasięg zaledwie 1-2m jego prototypowe czujniki mogą bez problemu pracować w domu o powierzchni ponad 270m².
Prof. Petel dodaje, że im w domu znajdziemy więcej ścian, tym lepiej czujniki będą spełniały swoją funkcję.

- Większość badań dążących do rozwoju czujników bezprzewodowych traktuje ściany jako elementy ekranujące sygnały radiowe - mówi Matt Reynolds, profesor inżynierii komputerowej na Duke University. - Praca prof. Petela jest interesująca, ponieważ zamienia wadę w zaletę - dodaje.

Pomysł nie jest nową ideą. Okablowanie elektryczne od dawna jest wykorzystywane do propagacji sygnałów sieci teleinformatycznych wykorzystując do tego specjalne konwertery umieszczane w gniazdkach sieciowych.

Prototypowe czujniki Petela wykorzystują mniej niż 1mW mocy podczas transmisji danych do anteny w ścianie a mniej niż 10% tej wartości do przetwarzania zbieranych danych. Przyszłe wersje mają pobierać jeszcze mniej mocy do obliczeń i komunikacji a także mają posiadać wbudowaną antenę odbiorczą pozwalającą na dwukierunkową komunikację czujników.