TU Delft onderzoekers ontwerpen bluetooth werkend zonder continue stroom
Als het aan TU Delft onderzoekers Jasper de Winkel en Przemyslaw Pawelczak ligt, dan is de toekomst van het Internet of Things (IoT) er één zonder batterijen. Ze hebben nu energiezuinige tweerichtingscommunicatie via intermittently-powered bluetooth aan hun arsenaal toegevoegd – voor probleemloze IoT-communicatie, zelfs als de energie even opraakt. Ze ontwierpen FreeBie: waarmee bluetooth kan blijven werken als de stroom op raakt. Van dezelfde onderzoekers kwam eerder de GameBoy Forever.
De wereld is hard op weg naar een alomtegenwoordig Internet of Things: biljoenen apparaten die metingen verrichten, berekeningen uitvoeren en met elkaar communiceren. “We willen dat deze apparaten geen gebruik maken van batterijen, want die zijn gevaarlijk, lomp en slecht voor het milieu”, zegt Jasper de Winkel. Met intermittent computing kunnen de apparaten hun essentiële taken foutloos uitvoeren, puur op basis van – sporadisch beschikbare (intermittent) – energie die uit de directe omgeving gewonnen wordt. “Het things-deel was al opgelost. Met intermittently-powered bluetooth voegen we daar nu het internet-deel aan toe.”
Van één– naar tweerichtingsverkeer
Eerdere oplossingen voor batterijloze communicatie ondersteunden alleen éénrichtingsverkeer, wat neerkomt op voldoende energie vergaren voor het versturen van data en vervolgens ‘hopen dat iets het signaal oppikt’. De TU Delft onderzoekers wilden het volledige potentieel van het bluetoothprotocol benutten: “Het is een van de meest gebruikte draadloze communicatieprotocollen wereldwijd”, zegt Przemyslaw Pawelczak. “Het belangrijkste is dat dit een tweerichtings-communicatieprotocol is, waardoor het onder andere firmware updates en configuratie op afstand mogelijk maakt.”
Energiezuinig
Hun bluetooth-implementatie, FreeBie genaamd, is extreem energiezuinig. De Winkel: “Bij een standaard implementatie wordt de bluetoothchip in slaapmodus gezet als het IoT-apparaat even niet hoeft te communiceren. Door de netwerkstatus exact op te slaan, kunnen wij de chip volledig uitschakelen, waarmee we het energieverbruik tot een factor tien reduceren.”
Dit hebben ze voor elkaar gekregen met het gebruik van commercieel beschikbare hardware. Pawelczak: “Als wij onze oplossing zouden integreren in een speciaal ontworpen system-on-a-chip, dan zou dit de meest duurzame, energiezuinige bluetooth-implementatie zijn tot nu toe op de markt verkrijgbaar.” Grote fabrikanten van bluetoothchips hebben al hun interesse getoond.
Smartwatch
Met twee voorbeeld-implementaties hebben de onderzoekers laten zien dat hun nieuwe architectuur tot-nog-toe onvoorstelbare IoT-toepassingen mogelijk maakt: een batterijloze smartwatch op zonne-energie die de tijd en email-notificaties synchroniseert met een smartphone; en ook draadloos firmware updates uitgevoerd over bluetooth. “Dat was nog nooit gedaan onder intermittent-power.” De Winkel voegt toe: “We hopen dat dit ook de deur opent voor andere draadloze protocollen zoals intermittently-powered Wi-Fi, 5G, 6G; noem maar op.”
Meer informatie
De hardware en software van het FreeBie-systeem zijn als open source beschikbaar gemaakt en de onderzoekers zullen hun bevindingen in juni op MobiSys 2022 presenteren.
De broncode van Freebie: http://github.com/tudssl/freebie/.
Het artikel: Jasper de Winkel, Haozhe Tang, and Przemys?aw Pawe?czak (Delft University of Technology) Intermittently-Powered Bluetooth that Works, in Proceedings ACM MobiSys June 17-July 1 2022, Portland, OR, USA.
