Bis jetzt gab es keine Möglichkeit, drahtlos alle Arten von Geräten über das Internet zu steuern, da es kein Funkgerät gab, das intelligent und klein genug war, um dies zu ermöglichen. Eine neue Technologie namens HitchHike könnte das ändern.

Es ist bekannt, dass Futuristen und Technologieprognostiker optimistische Vorhersagen über das sogenannte Internet der Dinge machen. Es ist die Vision einer Welt, in der alles – von implantierbaren Biosensoren und tragbaren Geräten bis hin zu intelligenten Autos und Smart-Home-Sensoren – drahtlos zusammenwirkt und zusammenarbeitet, um die Welt zu einem besseren und stärker vernetzten Ort zu machen.

Bis heute bleibt dies weitgehend ein Traum. Um Realität zu werden, wird das Internet der Dinge eine neue Klasse winziger, energieeffizienter WLAN-Funkgeräte benötigen, um Befehle vom und zum Netzwerk an eine Vielzahl von Geräten weiterzuleiten.

Das ist die Idee hinter HitchHike, einem winzigen, extrem energiesparenden drahtlosen Funkgerät eines Forschungsteams der Stanford University unter der Leitung von Sachin Katti, einem außerordentlichen Professor für Elektrotechnik und Informatik, und Pengyu Zhang, einem Postdoktoranden in Kattis Labor.

Die Forscher beschreiben und demonstrieren HitchHike in einem Krepppapier vorgestellt auf der SenSys-Konferenz der Association for Computing Machinery am 16. November.

Winzige Energiemengen

„HitchHike ist das erste autarke WLAN-System, das eine Datenübertragung mit nur Mikrowatt Energie ermöglicht – fast null“, sagt Zhang. „Besser noch: Es kann unverändert mit vorhandenem WLAN verwendet werden, ohne dass Änderungen oder zusätzliche Geräte erforderlich sind. Sie können es jetzt mit einem Mobiltelefon und Ihrem handelsüblichen WLAN-Router nutzen.“

HitchHike ist so stromsparend, dass eine kleine Batterie es ein Jahrzehnt oder länger antreiben könnte, sagen die Forscher. Es hat sogar das Potenzial, Energie aus vorhandenen Radiowellen zu gewinnen und diese aus seiner Umgebung gewonnene elektromagnetische Energie zu nutzen, um sich selbst mit Energie zu versorgen, möglicherweise auf unbestimmte Zeit.

„HitchHike könnte zu einer breiten Akzeptanz im Internet der Dinge führen“, sagt Katti. „Sensoren könnten überall dort eingesetzt werden, wo wir eine Knopfbatterie platzieren können, die über WLAN verfügt. Möglicherweise könnte die Technologie sogar ohne Batterien auskommen. Das wäre eine große Entwicklung in diesem Bereich.“

Die Forscher gehen davon aus, dass HitchHike in den nächsten drei bis fünf Jahren für die Integration in drahtlose Geräte verfügbar sein könnte.

Die Größe einer Briefmarke

Der Hitchhike-Prototyp ist Prozessor und Radio in einem. Es misst etwa die Größe einer Briefmarke, aber die Ingenieure glauben, dass sie es kleiner machen können – vielleicht sogar kleiner als ein Reiskorn, um es in implantierten Biogeräten wie einem drahtlosen Herzfrequenzsensor zu verwenden.

Mit einer Reichweite von bis zu 50 Metern und der Fähigkeit, bis zu 300 Kilobit pro Sekunde zu übertragen – ein Vielfaches schneller als das schnellste DFÜ-Modem der Vergangenheit – erhielt das HitchHike-System den Namen HitchHike für sein cleveres Design, das bei eingehenden Funkwellen per Anhalter unterwegs ist ein Smartphone oder ein Laptop. Es übersetzt diese eingehenden Signale in seine eigene Nachricht und überträgt seine eigenen Daten auf einem anderen WLAN-Kanal erneut.

Die große Achillesferse aller bisherigen Bemühungen in dieser Richtung war der Energieverbrauch. HitchHike verbraucht 10,000-mal weniger Strom als WLAN-Radios. Es kann jahrelang mit einer einfachen Knopfbatterie betrieben werden, aber die Forscher sagen, dass zukünftige Versionen möglicherweise winzige Solarpaneele verwenden oder sogar die Energie eingehender WiFi-Radiowellen nutzen könnten.

HitchHike ist eine Variante dessen, was in Ingenieurkreisen als Rückstreuradio bekannt ist. Es ist eigentlich eher ein Reflektor als ein Radio. HitchHike wirft lediglich WLAN-Signale zurück in die Atmosphäre – ein Signal, das als Rückstreuung bezeichnet wird.

'Codewortübersetzung'

Um als echtes Radio zu funktionieren, muss HitchHike jedoch zunächst den entscheidenden Sprung von der bloßen Wiedergabe einer bestehenden Botschaft hin zur tatsächlichen Produktion einer eigenen, bedeutungsvollen Botschaft machen. Zu diesem Zweck haben die Designer von HitchHike eine sogenannte „Codewortübersetzung“ entwickelt.

Auf der Prozessorseite ist HitchHike ein einfaches Übersetzungsgerät. In der binären digitalen Welt ist ein WiFi-Signal kaum mehr als ein endloser Strom von Einsen und Nullen, der bei Standard-WiFi über einen Satz vordefinierter Codewörter übertragen wird. HitchHike übersetzt die eingehenden Codewörter geschickt in seine eigenen Daten. Wenn das eingehende Codewort beispielsweise eine Null anzeigt und HitchHike möchte, dass es eine Null bleibt, gibt es dieses Codewort unverändert weiter. Wenn HitchHike diese Null jedoch in eine Eins oder umgekehrt ändern möchte, übersetzt es sie in das alternative Codewort.

Der nächste Teil des Puzzles erfordert die Vermeidung von Funkinterferenzen zwischen dem Originalsignal und dem neuen Datenstrom von HitchHike – die beide gleichzeitig und auf demselben Kanal übertragen werden, wenn sie unverändert bleiben. Stattdessen verschiebt HitchHike sein neues Signal auf einen anderen WLAN-Kanal. Und das alles fast ohne Strom.

„HitchHike öffnet die Türen für den weit verbreiteten Einsatz von WLAN-Kommunikation mit geringem Stromverbrauch unter Nutzung einer weithin verfügbaren WLAN-Infrastruktur und stärkt erstmals das Internet der Dinge wirklich“, sagt Zhang.

Quelle: Stanford University

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