Wi-Fi太耗电？未来Wi-Fi耗电量降至万分之一

2016-03-11 15:22:00

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编者按：作者AprilGlaser，著名极客圣经《连线》杂志的撰稿人。

准备好感谢就读于华盛顿大学的未来电气工程师们吧，他们正在试图解决老生常谈的Wi-Fi耗电问题。当越来越多的设备连接到云端，耗电问题显得愈发突出，更不用说人们还总是在痛苦地寻找信号或试图增强信号了。

这群还是学生的研究者发明了一种新型的硬件，与传统的Wi-Fi网络相比，耗电量降至万分之一。这项新技术名为被动Wi-Fi，用起来和家用路由器差不多，但是更加省电。让我们用数据说话，以目前发展水平来说，低功率的Wi-Fi耗电几百毫瓦，而新技术仅仅耗电10至50微瓦——耗电量降至万分之一。

一般Wi-Fi需要两台无线电接收装置相互传递信号。由于同时会有几台设备在相同的频率上，Wi-Fi需要耗费大量电能从任意电子信号中分辨信号。每一台设备都包含一台能够产生无线电波的射频发射器和一块把音频信号编译成基带码的基带芯片。有了被动Wi-Fi，只有一台设备会产生用来接受和传送信号的模拟射频，而不是每一台设备都产生模拟射频。射频频率会通过各自独立的无源传感器传送到连接至Wi-Fi的设备上，无源传感器仅仅由基带芯片和天线组成，几乎不需要耗什么电。这些传感器采集信号，并且将可识别的Wi-Fi信号反射到任何一台内置Wi-Fi集成电路片组的设备中去。

这一技术听起来很像多跳网络，信号在天线阵元之间跳来跳去，但事实并非如此。多跳网络利用多个路由器，每一台路由器都有完整的模拟射频发射器和数字基带芯片，用来接收和转播信号。

项目组中的一名学生成员VamsiTalla称：“低耗能的被动Wi-Fi并没有发射任何信号，它仅仅通过映射来创建Wi-Fi数据包。与互联网设备相反，这项传输技术超级节能。”

这个过程中发生的“映射”被称作“逆向散射”。与传统Wi-Fi设备完全占用无线电信号不同，华盛顿大学的学生们成功地研发了通过逆向散射就能发射信号的Wi-Fi设备。

眼下大多数设备没有内置具备逆向散射功能的硬件，因此无法将Wi-Fi数据包发送回连接至互联网的路由器。但是一旦这项技术成熟了，由于它解决了连接Wi-Fi的设备的能耗问题，能够使用这项技术的设备一定会获得大量生产。

必须要指出的是，被动Wi-Fi仍然需要运行一台Wi-Fi路由器，而后者可不是什么节能的设备。2013年，美国环保署为了鼓励生产更节能的家庭网络设备，甚至专门为此类设备设立了能源之星证书。美国环保署的网站上写道：“如果所有美国已经出售的小型网络设备拥有能源之星认证，那么每年就能节约能耗超过5亿9000万美元，每年减少温室气体排放超过70亿磅。”被动Wi-Fi节能的原因是设备内置的Wi-Fi集成电路片组通过无线网络进行传输，而不是通过连接至上行链路的路由器进行传输。

至于使用被动Wi-Fi能否延长电池寿命还有待考察，因为一台设备中能够影响电池寿命的组件太多了，屏幕就是一个很好的例子。华盛顿大学电气工程学的研究生，同时也是被动Wi-Fi项目组一员的BryceKellogg则认为：“使用被动Wi-Fi延长电池寿命的程度就和不开Wi-Fi差不多。”

在不远的将来，我们使用的设备可能会内置无源传感器，传送新发射波将成为过去时，取而代之的是将数据包映射至路由器。现在使用已有技术可以减少将Wi-Fi传送至设备的能源。

Kellogg说：“我们的被动Wi-Fi设备传送速度可达11兆每秒。”这一速度是蓝牙传输的11倍。蓝牙技术与Wi-Fi相比，优势在于相对耗能较低。然而被动Wi-Fi耗电量只有蓝牙的千分之一，而且蓝牙传输不能加密，被动Wi-Fi则和传统Wi-Fi一样，可以加密传输。

11兆每秒或许比蓝牙要快，但依然比大多数家用宽带速度要慢。佐治亚理工学院的工程师ChrisValenta告诉记者：“由于逆向散射无线电技术比主动无线电技术范围更小，可靠性更差，数据传输速率更低，你没办法通过这一技术观看YouTube上的视频。然而对于大量物联网设备而言，这项技术太完美了，因为手机上最耗电的就是无线电。”

由于Wi-Fi非常耗电，它并不是智能设备连接互联网的最佳选择。正如Kellogg所言：“智能家用设备的通信过程非常耗电。”

目前为止，被动Wi-Fi还只是一项试验室研究项目，然而在未来，或许每一台连接Wi-Fi的设备都会内置一个无源传感器。也就是说，我们的电子设备能直接将数据包映射至路由器，而不是通过Wi-Fi广播新的发射波来进行数据传输。即使是在现在，使用这项技术已经能节省用于把Wi-Fi传送到设备耗费的能量。

除了以上优点外，Kellogg还补充说：“因为被动Wi-Fi只需要一些简单的组件，所以把这些组件整合到现有的智能手机或平板等设备中既便宜，又简单。另外，它甚至还能再利用设备中内置的天线。”

“这项技术能够切实减少数据传输时的耗能，从而使得物联网设备可以来回发送少量数据。”Valenta指出。随着越来越多的智能设备依赖电池供电，而不是用插座充电，如何节约电池电量将会是一个长久的重要问题。这些学生研究者们正试图创造一个更加节能，更加网络化的世界。据他们说，已经有公司在和他们接洽，试图把他们的构想变成现实。