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'Interscatter' 通信，用我们日常使用的移动设备，产生低功耗Wi-Fi信号。在示例中，来自智能手表的蓝牙信号（左），用于传输来自可以植入患者的大脑的神经设备的数据（右），通过Wi-Fi连接到智能手机。 （ 图片来源于: Mark Stone/华盛顿大学） 引言
从医疗植入设备的无线连接性说起 可植入设备的无线连接性，可以改变我们管理疾病的方式。例如，智能隐形眼镜，可以监测糖尿病患者泪液中的血糖水平，将信息发送至手机。然而，对于医疗电子植入设备，例如起搏器，脑刺激器等，如果使用Wi-Fi这样的无线通信方式，那么功耗会增大，那么电池电量会很容易耗尽。 （ 图片来源于: Mark Stone/华盛顿大学） 然而对于医疗植入设备来说，替换电池是一个很具危险性的操作，通常需要手术，且有可能给病人带来并发症。所以，这就需要一种低功耗的无线通信方法，并且最好可以利用现有的无线通信设备，例如智能手机，智能手表等。 “Interscatter”通信带来新希望 华盛顿大学的工程师创造了一种新通信方式，使得大脑植入物，隐形眼镜，信用卡和小型穿戴设备，可以平时常见的智能手机，智能手表等设备通信。这种新通信方式称为“Interscatter”，它通过“后向散射”的通信技术，将蓝牙信号转换成Wi-Fi信号。使用了“Interscatter”技术的设备，例如智能隐形眼镜，可以将来自智能手表的蓝牙信号，转换成被智能手机接收的Wi-Fi信号。 华盛顿大学的工程师，开发了首个智能隐形眼镜天线，可以直接和智能手表，智能手机等设备通信。 （ 图片来源于: Mark Stone/华盛顿大学） 华盛顿大学的电气工程师和计算机科学家，首次展示了使用了“Interscatter”技术的设备，可以和使用Wi-Fi标准的设备进行通信，然而功耗只有产生Wi-Fi信号的传统方法的万分之一。 “interscatter” 通信关键技术解析 一种称为“后向散射”的通信技术成为了关键。这项技术，不是通过自身产生Wi-Fi信号，而是通过邻近移动设备，例如智能手表的蓝牙传输创建Wi-Fi信号。设备只需要简单的发射现有信号，就可以交换信息。因为这项技术能够通过蓝牙信号创建Wi-Fi信号，从而实现跨技术协议的通信，所以被称为“interscatter”。 “interscatter” 通信，将在智能手机，智能手表等智能设备中，经常使用的蓝牙，Wi-Fi 或者 ZigBee等模块，作为信号的源或者接收端。 团队展示的一个案例中，智能手表将蓝牙信号，传输到装有天线的智能隐形眼镜上。为了创造一个可写入新信息的空白状态，华盛顿大学的团队，开发了一种创新方法，将蓝牙传输转变为一个“单频”信号，可以被进一步的处理和转变。隐形眼镜通过后向散射单频信号，对它搜集的健康信息数据进行编码，转换成智能手机，平板或者笔记本电脑可读的标准“Wi-Fi”包。 在“interscatter”通信中，后向散射设备，例如智能眼镜，将来自智能手表设备的蓝牙传输，转化产生可以被手机或者平板电脑读取的Wi-Fi信号。 （图片来源于：华盛顿大学） 此技术所面临的挑战和解决 挑战来自于“后向散射”过程创造了多余的“信号拷贝镜像”，消耗了更多的带宽，同样也产生了干扰。但是，华盛顿大学的团队，开发了一种称为“单边带后向散射”的技术，消除了这种干扰。 应用案例 华盛顿大学网络和移动系统实验室和传感系统实验室的研究人员，创建了三个概念验证的示范案例，如下图所示： “Interscatter” 通信的潜在应用：（a）隐形眼镜系统，可以后向散射来自智能手表的蓝牙信号，产生可以和手机通信的Wi-Fi信号，（b）植入大脑的接口，可以使用蓝牙耳机和智能手机进行通信，（C）信用卡可以相互之间，通过后向散射来自智能手机的蓝牙信号进行通信。 （图片来源于：华盛顿大学） “Interscatter” 可以使得Wi-Fi 对于植入设备可用，同时功率只有几十毫瓦。从此，植入设备可以实现无线联网，加入到“物联网”的大家庭中。 除了植入设备，研究人员也展示了其他应用，例如智能卡。该智能卡原型，可以通过反射来自智能手机的蓝牙信号，实现相互之间的直接通信。这样，用户将智能信用卡放到一起，就可以分摊消费费用。 总结 最后，这项研究的为以后一些列研究奠定了基础。首先，“interscatter”技术具有高比特率，让数据可以在更短时间内传输，减少了传输时占用信道的时间，同时减少了设备的功耗。未来的研究，可以提高使用BLE数据包的整体吞吐量，传输速率变得更快。另外，最新的蓝牙标准，增加了这些数据包的最大长度，可以更进一步的提高吞吐量。最后，目前的设计集中于使用“后向散射”产生802.11b传输，未来的工作可以拓展基于OFDM的协议，例如802.11g/n/ac，将比特率提高到另外一个数量级。 参考资料 【1】Vikram Iyer, Vamsi Talla, Bryce Kellogg, Shyamnath Gollakota and Joshua R. Smith，University of Washington, 'Inter-Technology Backscatter: Towards Internet Connectivity for Implanted Devices'，http://interscatter.cs./files/interscatter.pdf 【2】http://interscatter.cs./#yin 更多内容，请关注微信公众号：IntelligentThings |
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