Todo el mundo parece estar insistiendo en instalar cámaras en todas sus casas en estos días, lo que parece incongruente con la actual crisis de privacidad, pero esa es una publicación para otro momento. Hoy, estamos hablando de permitir que esas cámaras envíen señales de video de alta definición de forma inalámbrica sin agotar sus pequeñas baterías. Una nueva técnica hace que la transmisión de video sea un 99 por ciento más eficiente, lo que posiblemente haga que las baterías sean completamente innecesarias.
Las cámaras que se encuentran en hogares inteligentes o dispositivos portátiles necesitan transmitir video HD, pero se necesita mucha energía para procesar ese video y luego transmitir los datos codificados a través de Wi-Fi. Los dispositivos pequeños dejan poco espacio para las baterías y deberán recargarse con frecuencia si están transmitiendo constantemente. ¿Quién tiene tiempo para eso?
La idea detrás de este nuevo sistema, creado por un equipo de la Universidad de Washington dirigido por el prolífico investigador Shyam Gollakota, no es fundamentalmente diferente de otros que existen en este momento. Los dispositivos con velocidades de datos bajas, como un termómetro digital o un sensor de movimiento, pueden algo llamado retrodispersión para enviar una señal de baja potencia que consta de un par de bytes.
La retrodispersión es una forma de enviar una señal que requiere muy poca energía, porque lo que realmente transmite la energía no es el dispositivo que transmite los datos. Se envía una señal desde una fuente, digamos un enrutador o un teléfono, y otra antena esencialmente refleja esa señal, pero la modifica. Al hacer que parpadee y se apague, podría indicar 1 y 0, por ejemplo.
El sistema de UW conecta la salida de la cámara directamente a la salida de la antena, por lo que el brillo de un píxel se correlaciona directamente con la longitud de la señal reflejada. Un pulso corto significa un píxel oscuro, uno más largo es más claro y la longitud más larga indica blanco.
Una manipulación inteligente de los datos de video por parte del equipo redujo la cantidad de pulsos necesarios para enviar un cuadro de video completo, desde compartir algunos datos entre píxeles hasta usar un patrón de escaneo en “zigzag” (de izquierda a derecha, luego de derecha a izquierda). Para obtener color, cada píxel debe tener sus canales de color enviados en sucesión, pero esto también se puede optimizar.
El ensamblaje y la reproducción del video se logran en el extremo receptor, por ejemplo, en un teléfono o monitor, donde la energía es más abundante.
Al final, se puede enviar una señal HD a todo color a 60FPS con menos de un vatio de potencia, y una señal más modesta pero muy útil, por ejemplo, 720p a 10FPS, se puede enviar por menos de 80 microvatios. Esa es una gran reducción en el consumo de energía, lograda principalmente al eliminar todo el convertidor de analógico a digital y la compresión en el chip. En esos niveles, esencialmente puede extraer toda la potencia que necesita directamente del aire.
Armaron un dispositivo de demostración con componentes listos para usar, aunque sin chips personalizados no llegará a esos
Una trama enviada durante una de las pruebas. Esta transmisión iba a unos 10FPS.
niveles de potencia de microvatios; aún así, la técnica funciona como se describe. El prototipo les ayudó a determinar qué tipo de sensor y paquete de chips serían necesarios en un dispositivo dedicado.
Por supuesto, sería una mala idea enviar fotogramas de video al éter sin ningún tipo de compresión; afortunadamente, la forma en que se codifican y transmiten los datos se puede modificar fácilmente para que no tenga sentido para un observador. Esencialmente, solo agregaría una señal de interferencia conocida por ambos dispositivos antes de la transmisión, y el receptor puede restarla.
El video es la primera aplicación en la que pensó el equipo, pero no hay razón para que su técnica de transmisión de retrodispersión eficiente y rápida no pueda usarse para datos que no son de video.
La tecnología ya tiene licencia para Jeeva Wireless, una startup fundada por investigadores de la UW (incluido Gollakota) hace un tiempo que ya está trabajando en la comercialización de otro dispositivo inalámbrico de bajo consumo. Puedes leer los detalles sobre el nuevo sistema en su papelpresentado la semana pasada en el Simposio sobre Diseño e Implementación de Sistemas en Red.
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