Braidio技术：在无线设备间分享电能 延长电池续航时间
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引言
对于智能手机，可穿戴设备来说，电池的续航能力，一直是困扰用户的痛点。最近，马萨诸塞大学阿默斯特分校计算机科学家团队，介绍了一种新的无线电通信技术，让小型移动设备在进行通信时，通过无线电波，利用附近较大设备的电池电能。
移动设备的电池尺寸和续航时间
在移动设备中，电池的尺寸和和设备的尺寸成比例，设备越大，它的电池则更大。笔记本电脑的电池，比智能手环的电池大1000倍，比智能手机的电池大100倍，比智能手机的电池大10倍。
(图片来源于： 马萨诸塞大学阿默斯特分校)
然而，为了提高移动设备的电池续航时间，就需要使用大尺寸的电池。这样似乎很矛盾，因为智能可穿戴设备的小型化已经成为一个趋势。所以，研究人员往往给出降低功耗的方案，或者改善电池设计。
IntelligentThings之前有写过这方面的文章，例如新型固态电池（点此阅读），新型柔性太阳能电池（点此阅读），"水中高浓度盐"电池（点此阅读）等等。然而，另外从设备本身来说，有一些使用了无需电池供电的技术，例如WISP芯片: 无需电池供电，从无线电波中获取能量（点此阅读），还有这个无需电池供电的汗液传感器（点此阅读）。
新技术和研究团队简介
正如之前提到的WISP芯片，它无需自身电池或者有线电源来供电，可以从现成的标准RFID读取器中获取能量。使用RFID技术，标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量，并不需要电池。
也许是受到RFID技术启发，最近，马萨诸塞大学阿默斯特分校Deepak Ganesan教授领导的计算机科学家团队， 在于巴西弗洛里亚诺波利斯召开的美国计算机协会（ACM)数据通信专业组(SIGCOMM)会议上发表了一篇论文，介绍了一种新的无线电通信技术，让小型移动设备，在进行通信时，可以从附近较大设备获取电能。
(图片来源于： 马萨诸塞大学阿默斯特分校)
Ganesan和他信息和计算机科学学院毕业生Pan Hu、 Pengyu Zhang、 以及 Mohammad Rostami一起，设计和测试了这个无线电设备原型，帮助延长例如智能手表、手环、可穿戴的小型移动设备的电池续航时间，其中用到了一种“能量分流”（energy offload）的技术。
研究人员，称这项技术为“Braidio”，具体意思是“"braid of radios”，小编理解也就是通过无线电波将设备联系到一起吧。它在某些情况下，可以成百倍的延长电池续航时间。
技术原理
云计算技术，可以对于资源相对匮乏的个人设备的存储和计算负载，进行分担。然而，研究人员认为对于能量供应来说，也应该有一种技术可以通过无线电波，从附近的设备获取能量，从而延长自身电池续航时间。该技术的原理，也就是从较大的设备，即电池容量也更大的设备上获取能量，以供给较小的移动设备。
从技术实现的角度来说，他们通过对改进了现有的蓝牙技术，能够让它能以类似RFID技术的方式，进行不对称操作，也就是说，读取器完成大部分工作，并且提供通信所需要的能量，而更小设备或者对象里的标签，则消耗极少能量。
Braidio的操作方式，在设备具有足够电量的时候，和标准蓝牙方式类似；但是，当设备电量较低的时候，和RFID类似，从具有较大电池的设备获取能量。所以，当智能手表和智能手机，装备了Braidio，他们可以在一起适当分享通信时的能耗。
Hu认为Braidio测试结果显示：具有小电池设备，向大电池的设备传输数据时，使用Braidio技术的电池续航时间，是蓝牙的400倍。清楚一点的说，实验结果只覆盖了通信和数据传输时的能量损耗。如果无线电设备，使用传感器从摄像头传输数据，功耗达几百毫瓦，那么传感器占了主要的功耗，从降低了优化无线传输带来的效果。
团队设计了Braidio射频前端，所以它可以在不同模式下工作，消耗的功率比蓝牙少，且使用简单，低功耗组件。下图为Braidio的硬件设计：
(图片来源于： 马萨诸塞大学阿默斯特分校)
(图片来源于： 马萨诸塞大学阿默斯特分校)
同时，他们也设计了算法，监测信道和接收器和发射器能耗，动态的在模式之间切换，完成能量均衡的通信，无需牺牲吞吐率。
未来展望
通过更长远的优化，研究人员相信Braidio，或者类似的无线电设备，可以变得更小，更高效，以适应大众市场需求。
类似Braidio的技术，为移动和穿戴设备的设计，打开了新思路。穿戴设备通常很笨重，往往是由于需要大尺寸大容量的电池，来延长电池使用时间。然而，这项技术通过有效的能量分流，可以扭转这个趋势，让设备变得更小型更轻薄。
参考资料
【1】http://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-08/uoma-ebl082516.php
【2】https://people.cs.umass.edu/~dganesan/papers/Sigcomm16-Braidio.pdf
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