Oavsett om nätverksanslutna fordon som varnar för trafikstockningar i realtid, hushållsapparater som kan fjärrstyras, "wearables" som övervakar fysisk aktivitet, eller industrianläggningar som upptäcker möjliga produktionsfel i tid och meddelar teknisk support, antalet intelligenta produkter som kommunicerar trådlöst med andra enheter i Internet of Things (IoT)-åldern har ökat snabbt de senaste åren. Dock, inte alla dessa enheter är kompatibla med varandra eftersom de använder olika trådlösa tekniker som Wi-Fi, Bluetooth (lågenergi) eller ZigBee, beroende på krav och tillämpning. Mer än det, många enheter har ofta samma radiofrekvenser och stör varandra. Detta fördröjer dataöverföringen, data kan gå förlorade, energiförbrukningen ökar och batteritiden minskar.

Ny komponent för direkt kommunikation mellan IoT-enheter

Forskare vid TU Graz Institute of Technical Informatics har nu utvecklat ett system som möjliggör direkt informationsutbyte mellan kommersiellt tillgängliga enheter som använder olika radioteknologier men samma radiofrekvenser. Detta är ett generiskt ramverk som kallas X-Burst, vilka företag kommer att kunna integrera i operativsystemen för sina IoT-produkter i framtiden. Forskarna använder sig av tidsstyrda energipulser ("energiskurar") i radiokanalen, som kan genereras av vilken smart enhet som helst och upptäckas av de flesta av dem:"Vi skickar standardkompatibla datapaket av varierande längd. Dessa paket är kodade i sin längd, dvs informationen lagras under paketens varaktighet. Mottagarna övervakar energinivån i radiokanalen och kan därmed detektera paketen, fastställa deras varaktighet och slutligen extrahera informationen i dem, " förklara Rainer Hofmann och Hannah Brunner, som ansvarade för projektet tillsammans med kollegan Carlo Alberto Boano.

Systemet stöder de vanligaste teknikerna

I sitt arbete, forskarna koncentrerade sig främst på datautbyte i det licensfria 2,4 GHz-bandet. Detta frekvensområde används av många radiostandarder – inklusive de vanligaste teknikerna Wi-Fi, Bluetooth (lågenergi) och ZigBee, som var i fokus för utredningarna. Med hjälp av en prototyp, teamet kunde visa att X-Burst möjliggör framgångsrik kommunikation mellan olika trådlösa teknologier utan behov av dyra och oflexibla gateways, som för närvarande krävs för enheter med olika trådlösa teknologier.

Lovande fördelar

Uppfinningen möjliggör också att systemklockorna för de olika enheterna kan synkroniseras, som gör det möjligt för dem, till exempel, att utföra vissa åtgärder samtidigt. X-Burst lägger också grunden för intelligent användning av radiofrekvenser genom att tillåta alla enheter att kommunicera med varandra och justera sina frekvenser därefter. Detta minimerar interferens mellan olika teknologier och förbättrar enheternas tillförlitlighet och energiförbrukning. Gruppen arbetar för närvarande på en ny prototyp som ska demonstrera och illustrera fördelarna med X-Burst i ett verkligt scenario för smarta hem.

Stor framgång på internationella konferenser

Paper X-Burst:Enabling Multi-Platform Cross-Technology Communication between Constrained IoT Devices belönades med Best Paper Award vid International Conference on Sensing, Kommunikation och nätverk 2019 (SECON'19). Live Demo av X-Burst belönades med priset för bästa demo vid den internationella konferensen om inbyggda trådlösa system och nätverk (EWSN'20).

Denna forskning utfördes i samarbete med TU Darmstadt och finansierades delvis av COMET Center Pro2Future och inom ramen för EU-projektet SCOTT (Secure Connected Trustable Things), som finansieras av den österrikiska forskningsfrämjande byrån (FFG) och Europeiska kommissionen. Denna forskning stöddes också av Austria Wirtschaftsservice Gesellschaft mbH (aws), med medel från Nationalstiftung für Forschung, Teknik och Entwicklung. (nationell stiftelse för forskning, teknik och utveckling). Detta forskningsämne är förankrat i området expertisinformation, Kommunikation och datorer, en av de fem strategiska forskningsinriktningarna vid TU Graz.