Wake-up communication system using solar panel and visible light communication

Abstract

[ANGLÈS] One of the most promising energy-efficient communication methods is the use of wake-up receivers. In this work we propose and develop a wake-up communication system that uses Visible Light Communication (VLC) and an indoor solar panel with two functions: act as the receiver of the wake-up signal and harvest power from the light. After the reception of the wake-up signal an interrupt generated by the wake-up receiver wakes up the wireless device attached. Two configuration options are presented: an addressable and a broadcast-based wake-up configuration. In addressable configuration, after the reception of the wake-up signal a comparison is made with the identification code configured in the device; as consequence only the device with the match code is woken up. In broadcast-based wake-up configuration the wireless node attached wakes up after the detection of the carrier burst frequency, allowing use this system for wake up several nodes at once. Two options of configuration for the receiver are presented, and also the design of a transmitter who copes with flickering mitigation. Through experiments the feasibility of the system is shown and its performances is characterized in terms of wake-up probabilities for different distances. The effect of light interferences is evaluated, which shows that the achieved wake-up distances are reasonable for indoor scenarios.

[CASTELLÀ] Uno de los más prometedores métodos para la comunicación con mayor eficiencia energética en las Redes de Sensores Inalámbricos (Wireless Sensor Networks - WSN) es el uso de wake-up receivers. Es este trabajo se propone y desarrolla un sistema de comunicación de wake-up que usa las comunicaciones por luz visible (Visible Light Communication - VLC) y un panel solar de interiores con dos funciones: actuar como receptor de la señal de wake-up y recoger energía de la luz. Después de la recepción de la señal el wake-up receiver genera una interrupción activando el nodo inalámbrico adjunto. Se presentan dos configuraciones para la generación de la interrupción: una basada en dirección y otra basada en la transmisión de la frecuencia portadora. En la configuración basada en dirección, después de la recepción de la señal de wake-up se hace una comparación con el código de identificación configurado en el dispositivo; como consecuencia sólo el dispositivo con el código correcto es activado. En la configuración basada en la transmisión de la frecuencia portadora, el nodo inalámbrico adjunto se activa con la detección de dicha frecuencia, lo cual permite usar el sistema para activar varios nodos a la vez. Se describen dos opciones de configuración para el receptor, así como el diseño de un transmisor diseñado para mitigar el parpadeo del LED. A través de experimentos se muestra la factibilidad del sistema y se caracteriza su desempeño en términos de la probabilidad de generar la interrupción de activación a diferentes distancias entre la fuente de luz y el receptor. Se evalúa el efecto de las interferencias de luz y se muestra que las distancias alcanzadas son razonables para escenarios intramuros.

[CATALÀ] Un dels mètodes més prometedors per a la comunicació amb una major eficiència energètica en les Xarxes de Sensors Sense fil (Wireless Sensor Networks - WSN) és l'ús de wake-up receivers en el node receptor. Els wake-up receivers són dispositius d'ultra-baix consum de potència connectats al node sense fil que li permeten romandre en estat inactiu mentre esperen un senyal d'activació. En aquest treball es proposa i desenvolupa un sistema d’activació que usa les comunicacions per llum visible (Visible Light Communication - VLC) i un panell solar d’ús interior amb dues funcions: actuar com a receptor del senyal d’activació i recollir energia de la llum ambient. Després de la recepció del senyal de l’emissor, el wake-up receiver genera una interrupció activant el node sense fil adjunt. Es descriuen dues alternatives per a la generació de la interrupció: una basada en identificador i una altra basada en la transmissió de la freqüència portadora. En la configuració basada en identificador, després de la recepció del senyal de wake-up es fa una comparació amb el codi d'identificació al dispositiu i, com a conseqüència, només el dispositiu amb el codi correcte és activat. En la configuració basada en la transmissió de la freqüència portadora, el node sense fil adjunt s'activa amb la detecció d'aquesta freqüència, la qual cosa permet utilitzar el sistema per activar diversos nodes alhora. També se detallen dues opcions de configuració per al receptor així com el disseny d'un transmissor per mitigar el parpelleig del LED. Mitjançant experiments es mostra la factibilitat del sistema i s’avalua el seu funcionament en termes de la probabilitat de generar la interrupció d'activació a diferents distàncies entre la font de llum i el receptor. S'avalua l'efecte de les interferències del senyal i es mostra que les distàncies assolides són raonables per escenaris en interiors.