Revision: Wireless Power Transfer for Bluetooth Low Energy Based IoT Device: an Empirical Study of Energy Performance

Analizamos el rendimiento energético de la RF-WPT de vanguardia en plataformas de hardware Bluetooth Low Energy (BLE) e IoT, específicamente el Powercast P21XXCSR-EVB 

y el sistema en chip (SOM) con protocolo multiradio CC2652R1 de Texas Instruments. 

 estudiamos el consumo energético del CC2652R1 comunicándose mediante tecnología BLE en modo de publicidad y el efecto de los diferentes parámetros de configuración de BLE, como la potencia de transmisión, el número de canales, el intervalo de publicidad y el tamaño del paquete publicitario, en dicho consumo.

Investigamos cuánta energía se puede recolectar y almacenar en el P21XXCSR-EVB cuando la transmisión de RF se realiza desde un equipo WPT dedicado. 

Integramos ambos elementos para instrumentar un dispositivo IoT alimentado por WPT que se comunica mediante BLE e investigamos su consumo energético. Nuestros resultados demuestran la viabilidad de instrumentar un dispositivo IoT con tecnología WPT en la actualidad, a la vez que revelan algunos desafíos y limitaciones de este enfoque. Creemos que nuestros resultados pueden servir de referencia para nuevos diseños, optimizaciones adicionales y modelos analíticos/de simulación para IoT con tecnología WPT.

Consumo de energía de BLE (Bluetooth Low Energy): Se estudia cómo el dispositivo BLE, en modo de transmisión de datos, consume energía durante su operación en los diferentes intervalos de publicidad (advertising). Se analiza el impacto de parámetros como el intervalo de publicidad, la potencia de transmisión y el tamaño del paquete de datos en el consumo de energía.

Medición de la energía recolectada con WPT (Wireless Power Transfer): Se presenta un sistema experimental para medir la cantidad de energía recolectada por un receptor de WPT. El proceso implica conectar un multímetro para medir la energía acumulada en los capacitores de almacenamiento de energía del sistema. Se describe cómo el sistema WPT transfiere energía a un dispositivo BLE y cómo se monitorea la operación de dicho dispositivo.

Fases de operación de dispositivos BLE: Se describe el comportamiento del dispositivo BLE en sus fases de sleep (reposo) y advertising (publicidad). La fase de reposo consume significativamente menos energía que la fase de publicidad, que es cuando el dispositivo transmite datos.

Mediciones con instrumentos: Se usan varios instrumentos de medición, como analizadores de potencia y osciloscopios, para registrar el consumo de energía y la transferencia de datos entre dispositivos BLE y el sistema WPT. También se utiliza el software Wireshark para capturar y analizar los paquetes de datos BLE.

Combinación de WPT y BLE: Se examina cómo un sistema de WPT puede alimentar un dispositivo BLE, permitiendo su funcionamiento autónomo sin necesidad de una fuente de alimentación externa, mientras se mide y se analiza el comportamiento y el rendimiento del sistema.

Resultados experimentales: Los resultados de las mediciones se presentan para ilustrar cómo se comporta el dispositivo BLE alimentado por WPT. Se muestra el perfil de consumo de energía, destacando el impacto de diferentes configuraciones del dispositivo BLE, como el intervalo de publicidad y la potencia de transmisión.

estado del arte 

[2]-[5] Estudio del rendimiento de la recolección de energía de RF utilizando PowerCast P1110/P2110 para transmisión de largo y corto alcance.

[6], [8] Análisis de la energía recolectada por un nodo Powercast para balizas BLE y aplicaciones ZigBee.

[9] Comparación del consumo de energía de varias versiones de BLE y el efecto del intervalo de conexión, las transacciones de lectura/escritura y los volúmenes de datos en el consumo de energía.

[4] Evaluación de la variación del tiempo que tarda el recolector de energía PowerCast en cargarse y la intensidad de la señal recibida (RSSI) capturada por el recolector de energía PowerCast a lo largo de las coordenadas espaciales.

[7] Estudio experimental sobre técnicas de transferencia inalámbrica simultánea de información y potencia (SWIPT) basadas en RF utilizando Powercast P2110

[10] Comparación de formas de onda como la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM), cuadrada, triangular, sinusoidal y de diente de sierra para un mecanismo WPT adecuado utilizando Powercast

P21XXCSR-EVB. Estudio de la comunicación WPT-BLE en un entorno móvil para módulos de seguimiento de activos sin batería. [11]