View
55
Download
6
Category
Preview:
Citation preview
Активная беспроводная
сверхширокополосная
сенсорная сеть на основе
хаотических сигналов
Андреев Юрий, вед. науч. сотрудник Ефремова Елена, вед. науч. сотрудник
МФТИ, Лаборатория беспроводных технологий
МОСКВА, 2016
Проблема
Задача: Беспроводная передача данных в локальных бытовых
и промышленных сетях
Проблемы, возникающие при решении этой задачи с помощью
существующих технологий (WiFi, Bluetooth, ZigBee):
• Перегруженность частотного диапазона 2,4 ГГц
• Необходимость увеличения срока автономной работы (снижение
энергопотребления) устройств
• Обеспечение одновременной передачи данных с большого числа
устройств, распределенных на большой территории
• Передача данных разных типов (технические данные, изображения, речь,
видео)
Варианты реализации сетевых устройств:
• базовая станция• ретранслятор• активная беспроводная метка• актуатор• сенсорный модуль• акустический модуль• шлюз Bluetooth
Решение: Сверхширокополосная беспроводная сеть связи на основе хаотических сигналов
Характеристика Значение
Тип несущей хаотические колебания
Диапазон частот 3–5 ГГц
Ширина полосы частот 2 ГГц
Скорость передачи (физическая) 3-6 Мбит/с
Дальность 30 м
Напряжение питания 3,3 В
Потребление (64 Кбит/с, передача / ретрансляция)
2,5 мА / 3,5 мА
Потребление (1 Мбит/с, передача / ретрансляция)
14 мА / 30 мА
Интерфейсы USB, SPI, UART
Топология сети Ad-hoc mesh
Беспроводная СШП технология передачи данных. Тип несущей - СШП хаотические колебания. Соответствует стандартам IEEE 802.15.4a и IEEE 802.16.
Решение: Сверхширокополосная беспроводная сеть связи на основе хаотических сигналов
Bluetooth сетьШлюз
Bluetooth
Базовая станция
Активная RFID метка
Актуатор
СенсорРетранслятор
Активная беспроводная сеть
• Незанятый нелицензируемый диапазон частот 2.85-10.6 ГГц
• Быстрое развертывание, большая площадь покрытия за счет сетевой структуры
• Самоорганизующаяся mesh-сеть произвольной топологии
• Скорость передачи: единицы Мбит/с
• Устойчивая работа в условиях многолучевого распространения
• Низкая спектральная плотность мощности излучения, экологическая безопасность
• Масштабируемость по скорости, дальности• Изменение функциональности путем
добавления датчиков и актуаторов
Преимущества
Сравнение с конкурентами
Характеристика Wi-Fi ZigBee Bluetooth Хаос
Скорость, Мбит/с 300 0,25 3 6
Частотный диапазон, ГГц 2,4 / 5.1 2,4 2,4 3–5
Энергопотребление, мА 100 20-5015 (256 Кбит/с) /
25-303-50
Расстояние 100 100 10 30
Топология сети звезда mesh звезда, пиконет mesh
Количество узлов 32 64К 7 64К
Устойчивость к многолучевому распространению / Размах отклонений, дБ
низкая / 25-30 низкая / 25-30 низкая / 25-30 высокая / 1,5-2
Достоинствавысокая скорость
малая мощность излучения,
потребление, цена
помехо-защищенность, передача речи
низкая спектральная плотность,
незанятый диапазон, устойчивость в
многолучевой среде,масштабируемость
Недостаткипотребление,
сложностьнедостаточная скорость в сети
топология сети, скорость
средняя скорость
Сфера применения – Интернет вещей (IoT)
Самый крупный рынок устройств в мире
Среднегодовой рост более 60%Совокупный объем затрат –
1,7 трлн. долл. (к 2019 г. )24 млрд. устройств к 2020 г.
BI Intelligence2015 2020
Количество устройств IoT
5 млрд.
25-38 млрд.
Объем инвестиций – 97 млрд. долл. Экономическая выгода – 421 млрд. долл.
(к 2019 г., Business Insider)
в России за 10 лет выгода от внедрения IoT – 200 млрд. долл.
Matthew Smith, топ-менеджер (Cisco )
Juniper Research
Сферы применения технологии
• Промышленный интернет вещей (IIoT)• Ключевые игроки – General Electric, Siemens и Honeywell International.
К 2030 г. объем этого рынка превысит 14 трлн. долл. (Accenture).
• Взаимодействие машина-машина (M2M)• К 2020 г. M2M-соединения – 26,4% мобильных устройств (2015 г. — 7,7%).
• Носимые устройства и сети медицинского назначения (WBAN)• К 2020 г. число носимых устройств – 600 млн. шт. (в 2015 г. – 97 млн. шт.) (Cisco ).
Устройства на основе предложенной технологии не нуждаются в лицензировании, т.к. используют
нелицензируемый частотный диапазон (разрешен к использованию в России 2,85-10,6 ГГц;
в США 3,1-10,6 ГГц, в Европе 6-8 ГГц)
• СШП радиочастотные идентификаторы (радиометки, RFID)
• Микросхемы генераторов хаоса, микросхемы полнофункционального приемопередатчика (СШП прямохаотического радиоканала)
• Носимые устройства
• Сети мониторинга сооружений, «периметра», окружающей среды
• Системы типа «умный дом», «умный склад»
Примеры возможных продуктов
Текущее состояние• Разработан базовый набор устройств на основе
технологии: приемопередатчик, ретранслятор, активная метка, акустический модуль, шлюз для сетей Bluetooth.
• ПО, реализующее алгоритмы самоорганизации, передачи данных, управления сетью, отображения ее структуры, и т.п.
• Организовано мелкосерийное производство.• Разработан комплект ЭКД и ПД. • Проведены испытания самоорганизующейся активной
сети.
Защита интеллектуальной собственности• Около 10 российских и зарубежных патентов на
базовую технологию прямохаотической связи и отдельные технические решения.
Текущее состояние
Команда – финалист конкурса Сколково в области Мобильного диагностического устройства (проект i-Bolit)2012 г.
Золотые медали 4-ой Международной Ближневосточной ярмарки изобретений в Кувейте
Выполнены проекты по грантам ФЦП, РФФИ, ОФН РАН, ФСИ
Большой опыт ПНИЭР в области: • радиосвязи, динамического хаоса, антенн; • уникальный опыт разработки генераторов хаоса
различных диапазонов радиочастот;• проектирования радиоустройств; • программирования МК; • разработки и программирования алгоритмов
управления беспроводной сетью.
Основные достижения
Матрица готовности проекта
TPR
L
Технологическая
готовность
Инженерная
готовность
Производствен
ная готовность
Операционная
готовность
Преимущества и
риски
Рыночная
готовность
9Улучшение и
эволюция изделия
Рабочая
документация
Основное и
вспомогательное
производство
Поддержка
производства,
сервиса, снижения
издержек
Мониторинг
конкурентовВывод на рынок
8Продукт в составе
системыДоработка моделей
Отработка
стабильного
пилотного
производства
Оргподготовка
производства и
сервиса
Подписаны
соглашения с
партнерами
Отработка
замечаний
заказчиков
7Продукт в составе
макета системы
Конструкторская
подготовка
CAD/CAM
Технологическая
подготовка
производства
Соглашения со
стейкхолдерами
Подписаны
лицензионные
договоры
Предварительный
вывод на рынок
6Полнофункциональ-
ный образец
Изготовление на
пилотной линии
Состав пилотной
производственной
линии
Обученный персонал
Заявки на патенты.
Технические риски
сняты.
Точные
спецификации
продукта
5Образец в реальном
масштабе
Режимы пилотного
пр-ва.
Изготовление в
реальных условиях
Уточненная бизнес-
модель
Уточненные
преимущества
Уточненная бизнес-
модель
4Лабораторный
образец
Интеграционные
интерфейсы
Базовая технология
производства
Требования к
сервисной
поддержке
Стратегия защиты
ИС
Поставщики и
партнеры, ценовая
политика
3 Макетный образецПроверка
совместимости
Выбор производить \
заказывать
Уточненные
технические
требования к
продукту
План снижения
рисков
Конкурентное
окружение
2 Области примененияАнализ влияния на
всю систему
Оценка доступности
материалов и
процессов.
Партнерское
окружениеПатентный анализ
Ценностное
предложение
1Фундаментальная
концепция
Требования к
инженерным
ресурсам
Базовые требования
к производству.Схема базовых
бизнес-процессов
Первоначальная
оценка преимуществ
и рисков
Оценка полезности
Инструмент оценки готовности технологического продукта к использованию крупным бизнесом
Уровень по параметру достигнут
Результаты частично достигнуты, но
соответствующий уровень еще не достигнут
B2B – Промышленные предприятия, интеграторы
• Продажа лицензий и/или патентов на технологию прямохаотической связи
• Производство (аутсорсинг) и прямая продажа комплектов аппаратуры для организации активных беспроводных сетей (приемопередатчики, ПО, документация)
• Производство и продажа микросхем генераторов хаоса • Консультации• Выполнение НИОКР
• Нужны: партнеры с компетенцией по выводу продукта на рынок
Возможные модели коммерциализации
Приглашаем к сотрудничеству
• Промышленные предприятия- производители
• Разработчиков приложений
• Экспертов по продвижению и выходу на рынок
Предложение партнеру
Руководитель проекта Дмитриев А.С., д.ф.-м.н., профессоруправление командой, проведение переговоров
Основные разработчики продукта –
• Ефремова Е.В., д.ф.-м.н., формирование и обработка СШП сигналов, разработка микросхем
• Андреев Ю.В., к.ф.-м.н., разработкаинформационно-коммуникационных систем
• Лазарев В.А. , к.ф.-м.н. , разработка hardware
• Попов М.Г. , разработка ПО
Команда
Консультант, технологический брокер: Николай Бобров
Научные сотрудники МФТИ и ИРЭ РАН, аспиранты и студенты МФТИ3 доктора физ.-мат. наук, 2 кандидата физ.-мат. наук
Контакты
Андреев Юрийведущий научный сотрудник
Московский физико-технический институттел.: +7 916 145 8572, email: andreev.iuv@mipt.ru
Ефремова Еленаведущий научный сотрудник
Московский физико-технический институт,Институт радиотехники и электроники РАН
тел.: +7 495 629 72 78, email: efremova.ev@mipt.ru
Recommended