【導讀】位于美國艾摩斯特市的馬薩諸塞州大學(xué)(UMASS Amherst)的一個(gè)研究小組發(fā)明了一種新的無(wú)線(xiàn)電架構，只需在現有藍牙低功耗(BLE)無(wú)線(xiàn)電設備中增加幾個(gè)便宜的元件(與無(wú)源射頻識別(RFID)標簽中的類(lèi)似)，就能將聯(lián)網(wǎng)設備的藍牙無(wú)線(xiàn)電部分擴展到三種工作模式：有源、無(wú)源和反向散射。它能夠極大地降低可穿戴設備和小型電池供電設備在與較大型電池供電設備(如智能手機或筆記本電腦)通信時(shí)的功耗。
圖1：Braidio功耗與電池大小成正比。
在美國計算機協(xié)會(huì )數據通信特殊興趣小組(SIGCOMM)會(huì )議上發(fā)表的論文《Bradidio：帶有非對稱(chēng)能量預算的移動(dòng)設備集成式有源無(wú)源無(wú)線(xiàn)電》（Braidio: An Integrated Active-Passive Radio for Mobile Devices with Asymmetric Energy Budgets）中指出，這種新的無(wú)線(xiàn)電架構允許設備在三種工作模式之間切換，可以只消耗與兩臺通信的設備之間檢測到的可用能量成正比的功率。
他們最初的研究是從分析商用RFID標簽閱讀器(用于閱讀無(wú)源標簽的反向散射閱讀器)開(kāi)始的，通過(guò)在靈敏度方面的一些折衷，可以顯著(zhù)簡(jiǎn)化其架構，并提升其能效。
在合理的近距離(一米)內，反向散射模式可以維持1Mbps的數據速率。隨著(zhù)距離的增加，接收器反向散射模式支持的比特率將下降到100kbps和10kbps(分別在1.8m和2.4m處)。如果距離更長(cháng)，具有改進(jìn)藍牙功能的物聯(lián)網(wǎng)設備可以切換到無(wú)源接收器模式，在1Mbps速率下可以達到3.9m范圍，在100kbps速率下可達4.2m范圍。當距離超過(guò)6m時(shí)，兩臺設備都將切換到正常的BLE有源模式。
正是通過(guò)復用這三種模式，才使得兩臺設備能夠不斷地修正它們的通信機制，確保電池容量最低的設備能以最低的功耗實(shí)現最高的比特率。
馬薩諸塞州大學(xué)計算機科學(xué)系副教授Deepak Ganesan將這種交錯進(jìn)行的多模式通信機制命名為Braidio，即“交替式無(wú)線(xiàn)電，braided radios”。
這幾種不同的模式可以讓兩臺設備以不對稱(chēng)的功率模式進(jìn)行通信，在發(fā)射器和接收器之間動(dòng)態(tài)地分割通信功耗負擔，因為最小的設備一般要求最好的功率預算(雖然較大的設備在電池電量低時(shí)也可以提出同樣的要求)。
論文中描述的與功耗成比例的低功耗無(wú)線(xiàn)電對的發(fā)射器和接收器功耗比可以在1:2546到356:1之間變化，這是一個(gè)很大的動(dòng)態(tài)范圍(7個(gè)數量級)，完全可以滿(mǎn)足不同設備之間寬范圍的功率預算要求。
圖2：各種商用設備在不同距離進(jìn)行傳輸時(shí)采用Braidio和藍牙的性能增益比較。
研究小組還專(zhuān)門(mén)收集了具有不同電池容量的多種設備之間分別使用Braidio和普通對稱(chēng)負載BLE傳輸時(shí)的性能增益數據。結果數據令人吃驚！
數據表明，“交替式無(wú)線(xiàn)電”在不同模式下的功耗在16uW與129mW之間，與藍牙相比，傳輸的總比特數量增加了好幾個(gè)數量級。
圖3：分別用Braidio和藍牙進(jìn)行傳輸獲得的性能增益比較(橫坐標上的設備傳輸數據到縱坐標上的設備時(shí))
當兩臺通信設備電量差距很大時(shí)，采用Braidio的優(yōu)勢尤其明顯，因此與工作在完全有源模式時(shí)相比，它能夠使大多數能量受限的設備持續長(cháng)得多的工作時(shí)間。
“我們正在保護相關(guān)的專(zhuān)利，并著(zhù)手考慮IP許可問(wèn)題。”Ganesan承認，不過(guò)這些研究人員還沒(méi)有確定的未來(lái)商業(yè)計劃。
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