Исследователи из Калифорнийского университета в г. Беркли создали крошечные беспроводные “пылинки” или сетевые сенсоры, которые используют радиосигналы, чтобы сообщать о своем физическом местонахождении. Цель — создать сеть RFID, способную произвести переворот в отрасли благодаря возможности определять координаты помеченных объектов без помощи программ считывания радиоидентификационных меток.
“Все, что мы продемонстрировали в университете, это то, что вы можете объединить множество сенсоров в сеть”, — говорит Кристофер Пистер, профессор электротехники и компьютерной науки в Университете Калифорнии (г. Беркли), который создал себе имя, разработав в 1997 г. технологию под названием “разумная пыль” (Smart Dust) — самоорганизующуюся сеть микроскопических беспроводных “пылинок”.
“Следующий шаг должен заключаться в том, чтобы эти сенсоры могли определять свое положение в трехмерном пространстве и свое местонахождение”, — считает Пистер.
В январе 2003 г., когда Пистер стал одним из основателей компании Dust Networks, началось коммерческое использование«разумной пыли”. Теперь Пистер вернулся в университет в Беркли на полную ставку и вместе с аспирантом Стивеном Ланзисера работает над дальнейшим развитием сенсорной сети, получившей название RF Time of Flight. Эта технология может оказать огромное влияние на повсеместное использование радиочастотной идентификации, которой приходится бороться за широкое признание, несмотря на энергичную поддержку со стороны крупнейшей в мире сети розничных магазинов Wal-Mart и министерства обороны.
Пистер считает, что определение местонахождения с использованием RF Time of Flight, наконец-то, позволит идентификации с помощью радиочастотных меток осуществить давно обещанное отслеживание предметов в режиме реального времени.
“Большинство людей полагает, будто радиометки позволят им постоянно знать, где находятся их сотрудники. В действительности же радиометки лишь сообщают вам, где они были в тот момент, когда последний раз благополучно прошли через считыватель, — рассказывает Пистер. — Отличие заключается в следующем. Вместо того, чтобы устанавливать считыватели во всех точках, из которых вы хотите получать информацию, вам нужно лишь дать меткам возможность определять свое местонахождение и сообщать об этом через каждые несколько футов”.
Чтобы понять, что представляет собой RF Time of Flight, нужно вернуться к основным понятиям “разумной пыли”. Словосочетание “разумная пыль” относится к “пылинкам”, составляющим ячеистую сеть, которые могут искать и находить друг друга, организовываться в сеть, а затем получать и передавать информацию.
Разумная пыль
Чтобы создать ячеистую сеть, например, в больнице или на складе, в случайно выбранных местах размещаются три точки доступа, которые с помощью беспроводной связи подключаются к опрашивающему устройству “подобно небольшому устройству USB, которое вы подключаете к своему компьютеру”, — объясняет Пистер. После этого в сеть включается десяток (или 100 тыс.) “пылинок”, которые создают ячеистую сеть со множеством концентраторов, устанавливают связь и сообщают о расположенных к ним ближе всего “пылинках”. Измеряя расстояние между двумя соседними “пылинками”, можно определить местонахождение помеченного ими объекта.
RF Time of Flight добавляет к этому радиосвязь и возможность измерять расстояние.
В настоящее время элементы, производимые компанией Dust Networks, имеют размер монеты в 25 центов, а должны быть доведены до размера песчинок или частичек пыли. Они содержат сенсоры, компьютерные микросхемы, устройства двусторонней беспроводной связи и антенну, а питаются от внешней миниатюрной батарейки. “Пылинки” могут реагировать на свет, температуру или вибрации.
“Сегодня большинство “пылинок”, выпускаемых в коммерческих целях, имеют размер стороны около дюйма, — говорит Пистер. — Все мы используем одну и ту же антенну, поэтому она не может служить отличительным признаком. Главный вопрос заключается в том, кто сможет применить самую маленькую батарейку, а ответ на него зависит от того, сколько энергии потребляет ваше изделие”.
По словам Пистера, компания Dust Networks обладает преимуществом перед своими конкурентами — Cross Bow Technology, Millennial Net и Ember. Заключается оно в том, что выпускаемые ею компоненты потребляют меньше энергии. Например, батарейки типа D достаточно для работы на протяжении десяти лет. Пистер надеется, что ему удастся в течение трех лет разработать “подлинно одноплатную пылинку”, в которой солнечная батарейка будет размещаться непосредственно на кремниевой микросхеме, устраняя необходимость во внешнем источнике питания. Это позволило бы создать самую маленькую из когда-либо существовавших “пылинок”.
Если разместить источник питания непосредственно в “пылинке”, это будет “настоящим прорывом”, считает Марлен Бурне, президент и главный аналитик компании Bourne Research (г. Скоттсдейл, шт. Аризона).
“Я не думаю, что мы готовы закупать множество “пылинок” — подобно большому количеству конфети из фольги — и разбрасывать их с самолета для сбора информации, — говорит Бурне. — В данный момент их размер ограничен размерами батарейки. Существуют подходы, предусматривающие использование солнечной энергии, и некоторые совершенно иные подходы, которые, возможно, позволят “разумной пыли” соответствовать своему названию”.
Хотя потребовалось некоторое время для проверки концепции “разумной пыли”, в октябре компания Emerson Process Management объявила, что будет использовать разработанный в Dust Networks и служащий основой системы “пылинок” протокол TSMP (Time Synchronized Mesh Protocol — протокол ячеистых сетей с синхронизацией по времени) в качестве коммуникационной технологии своих сетей (field networks) и ПО Smart Wireless.
“Самоорганизующиеся ячеистые сети представляют собой одно из наиболее смелых нововведений в области работы с процессами (process industry) за последние 30 с лишним лет, — считает Стив Сонненберг, президент подразделения Rosemount в Emerson Process Management (г. Чэнхессен, шт. Миннесота). — Мы протестировали целый ряд технологий беспроводный сенсорный сетей в реальных промышленных условиях за минувшие три года и пришли к выводу, что технология TSMP компании Dust Networks в наибольшей степени отвечает требованиям надежности, безопасности, продолжительности работы от батареи и простоты использования, которые выдвигают наши конечные пользователи”.
Пистер полагает, что крупнейшей областью применения RF Time of Flight является слежение за людьми и предметами — от контроля за передвижением пациентов и врачей в больницах до отслеживания сил и средств на театре войны (последнее особенно важно в связи с тем, что на ранних этапах проект Smart Dust финансировался министерством обороны). Но он видит и множество других потенциальных сфер применения.
“Представьте себе, что удастся встроить такую возможность в сотовые телефоны или устройства Palm Pilot. Дети смогут использовать ее, чтобы найти друг друга в парке или в летнем лагере, — говорит Пистер. — Кроме того, они смогут оставлять небольшие записки, которые будут передаваться в ближайший ресторан или на спортплощадку. Тот, у кого имеется хорошее приложение для совершения покупок, мог бы в течение года воспользоваться открывающимися возможностями”.
Реальный продукт может появиться сравнительно быстро. По расчетам Пистера, к лету 2007 г. удастся разместить радиопередатчик на кремниевой микросхеме размером в один квадратный миллиметр.
“Мы покажем, что даже маленькие микросхемы, потребляющие не слишком много энергии, способны измерять расстояния, отделяющие их от трех опорных точке, — говорит Пистер. — Необходимо, чтобы кто-нибудь подыскал приложение для этой технологии. Я считаю, что RF Time of Flight откроет большое поле деятельности и обеспечит людям возможность определения местонахождения, которую обещали предоставить радиоидентификационные метки. Но она заставит творческих людей разработать необходимые приложения. Технология почти готова”.
