Математики из РУДН предложили систему обмена данных сенсоров, встроенных в мобильные устройства пользователей, на беспроводную энергию

Подавляющее большинство смартфонов уже сегодня оснащено дополнительными сенсорами, регистрирующими информацию об окружающей среде, такими как магнитометры, барометры, датчики шума и освещенности, термометры и даже устройства, определяющие уровни вредного излучения и влажности воздуха. Ожидается, что в гаджеты следующих поколений могут быть встроены и более сложные элементы, позволяющие, например, детектировать степень загрязненности воздуха, в том числе известными аллергенами. Так называемый краудсенсинг (англ. crowdsensing) позволяет сотовому оператору анонимно собирать информацию, детектируемую пользовательскими сенсорами, и далее использовать ее для мониторинга, планирования и различных сервисов в рамках системы умный город. Основная сложность такого подхода состоит в том, что владельцы датчиков делятся подобными данными неохотно, как правило, в силу нежелания раскрывать личную информацию или ускорять разряд аккумулятора. Новый способ мотивации пользователей, предоставляющих потенциально важную для городских сервисов информацию, и предложили математики РУДН.

«Ключевым челленджем массового вовлечения пользователей в мобильный краудсенсинг является отсутствие у жителей мегаполиса мотивации предоставлять свои данные оператору для обработки, даже анонимной. Решение подсказало известное свойство любого мобильного устройства – ограниченное время работы аккумулятора (особенно важным это становится с увеличивающимся числом носимых устройств). И мы подумали: хорошо, а что, если мы попробуем, условно говоря, обменивать нужные нам данные на энергию и таким образом мотивировать абонентов? Проанализировав возможные варианты работы такой системы, мы убедились в ее применимости и привлекательных перспективах для краудсенсинга», — рассказывает Ольга Галинина, Ph.D. из РУДН, научный сотрудник лаборатории электроники и связи в Технологическом университете Тампере (Финляндия).

Группа исследователей из РУДН предложила систему, в которой носимые устройства могут пополнять свой аккумулятор радиоэнергией. Получать ее они будут от одной или нескольких небольших базовых станций, дополнительно оснащенных специальным беспроводным интерфейсом передачи энергии (wireless energy transfer interface), который работает на выделенной частоте, отличной от той, что используется для передачи данных. Подчеркивается, что передача энергии происходит не на основе привычных магнитной индукции или магнитно-резонансного каплинга, применимых только для ближнего поля, а с использованием радиочастотного излучения в диапазоне 800-900 МГц, что позволяет значительно увеличить радиус передачи (до десятков метров).

Система работает следующим образом: электронные датчики в гаджетах собирают информацию об окружающей среде и передают ее на базовую станцию и далее в облако, где она анонимно обрабатывается и может быть использована для последующего анализа как Big Data. Небольшие носимые устройства пользователя, попадая в соответствующую часть области покрытия, могут получать беспроводную энергию. Мощность передатчика, разумеется, настраивают так, чтобы выполнить стандартные требования безопасности по излучению для человека.

Примечательно, что непрерывную работу небольших носимых устройств (мощностью до 5 мкВт) можно, по расчетам специалистов, поддержать исключительно одним питанием от переданной по предложенной схеме энергии. При оценке длительности работы заряженного таким образом аккумулятора необходимо учитывать различные параметры работы системы (ширина луча, макро- и микромобильность пользователя, особенности окружения, которые могут вызвать блокировку лучей, количество датчиков, деплоймент базовых станций и их плотность и т. д.), а также степень важности для оператора собираемой информации в данный момент в конкретной точке. Итоговые автоматизированные «торги» — договоренности между оператором и смартфоном — могут регулироваться с помощью применения различных аукционных схем.

«От развертывания подобной системы выигрывают все: пользователи, которые смогут подзаряжать свои небольшие носимые устройства, сотовые операторы и, конечно же, всевозможные сторонние компании, которые готовы собирать, анализировать и в конечном счете монетизировать эти данные. Более того, руководство города тоже могло бы воспользоваться подобными данными для оптимизации многих городских сервисов и услуг. Наше моделирование мобильности пользователей и предварительные расчеты энергии, получаемой носимыми устройствами от базовой станции, показали, что предложенная идея вполне реализуема с точки зрения физики. Стоит, однако, понимать, что перенос ее из мира компьютерного моделирования в реальность предварительно требует большого объема тщательных исследований со стороны физиков, математиков и RF-инженеров: создания соответствующего железа и тестбедов, планирования деплоймента, оптимизации протоколов связи и разработки управляющих механизмов. Потребует он и вклада специалистов социальных наук в изучение человеческого фактора», — заключает Ольга Галинина.

Работа выполнена сотрудниками РУДН совместно с коллегами из Технологического университета Тампере (Финляндия), Университета прикладных наук Оулу (Финляндия) и Гонконгского университета (КНР).

Работа опубликована в IEEE Wireless Communications.