بودجه توان حسگرهای باتریدار: چرا ده سال هجده ماه میشود
برگه داده ده سال میگوید. میدان هجده ماه. شکاف همیشه در همان پنج جاست و همهشان پیش از ساختن هر چیزی قابل محاسبهاند.
یک حسگر بیسیم با ده سال عمر روی یک سلول اعلام میشود. نصب میشود و هجده ماه بعد برنامه تعویض آغاز میگردد. این نتیجه آنقدر رایج است که ارزش دارد به جای استثنا پیشفرض بدانیمش، و علتهایش نه رازآلودند و نه پیشبینیناپذیر. هر یک از آنها را میتوان پیش از وجود نخستین نمونه روی کاغذ برآورد کرد.
از این آغاز کنید که رقم ده سال واقعا چیست. تقریبا همیشه یک محاسبه است: ظرفیت سلول تقسیم بر جریان میانگین، جایی که جریان میانگین از چرخه کاریای به دست آمده که طراح انتخابش کرده. گزارهای درباره یک مدل است، نه اندازهگیری یک محصول. پرسش سودمند این نیست که عدد صادقانه است یا نه — معمولا هست — بلکه این است که کدام فرضهای مدل در میدان برقرار نخواهند ماند.
شکاف نخست رادیو است و بهویژه تلاشهای دوباره. بودجه ارسال معمولا برای یک ارسال در هر بازه حساب میشود. در استقرار واقعی کسری از ارسالها شکست میخورد و تکرار میشود، و در لبه پوشش این کسر کوچک نیست. بدتر آنکه بیشتر پشتهها به کیفیت بد لینک با افزایش توان ارسال یا، در لوراوان، با رفتن به ضریب گسترش کندتر پاسخ میدهند — که زمان روی هوا را چند برابر میکند، و انرژی همانجا میرود. گرهای در ضریب گسترش ۱۲ میتواند چیزی در حد یک مرتبه بزرگی انرژی بیشتر برای هر پیام نسبت به همان گره در ضریب ۷ مصرف کند. محاسبه با ضریب خوب انجام شده بود. نصب پشت یک مخزن فولادی است.
شکاف دوم دماست. ارقام ظرفیت باتری در دمای اتاق اعلام میشوند. سلول لیتیوم تیونیل کلراید در منفی بیست ظرفیت مفید محسوسا کمتری میدهد و، ظریفتر، امپدانس درونی بالاتری پیدا میکند، پس ولتاژ در قلههای ارسال سختتر افت میکند و دستگاه ممکن است مدتها پیش از خالی شدن واقعی سلول ریست شود. استقرارهای فضای باز و سردخانه بهطور معمول یکسوم ظرفیت اسمی را از این راه از دست میدهند. در جهت دیگر، دمای بالا خودتخلیه را شتاب میدهد.
شکاف سوم خودتخلیه و غیرفعالشدگی است، همان بخشی که بیش از همه یکسره جا میماند. سلول حتی در بیکاری هم بار از دست میدهد — یک تا دو درصد در سال برای شیمی اولیه خوب و بهمراتب بیشتر برای بقیه. در طول عمر طراحی دهساله این کسر قابل توجهی از کل بودجه است، و هزینهای ثابت است که چه دستگاه ارسال کند چه نکند میپردازید. سلولهای تیونیل کلراید در دورههای بیکاری طولانی غیرفعال هم میشوند، پس نخستین پالس پس از سکوت با امپدانس بالاتر و افت ولتاژ عمیقتری از پیشبینی مدل روبهرو میشود.
شکاف چهارم جریان خواب است، و همانی است که بیش از همه بودجه را یکسره نابود میکند. طراحی چند میکروآمپر در خواب عمیق را هدف میگیرد. دستگاه ساختهشده چهل میکروآمپر میکشد، چون مقاومت بالاکش با پایهای که در سکون پایین است میجنگد، یا رگولاتور یک حسگر فعال میماند، یا جانبی بیاستفادهای هرگز غیرفعال نشد، یا ورودی شناوری روی پایه سیماس نوسان میکند، یا واسط اشکالزدایی هنوز برق دارد. در چرخه کاری صد به یک، جریان خواب بیشتر بودجه انرژی است، پس اشتباه سی میکروآمپری جزئیات نیست — تفاوت ده سال و یک سال است. این را میتوان در یک بعدازظهر با یک منبعسنج اندازه گرفت و پرارزشترین اندازهگیری کل این تمرین است.
شکاف پنجم رفتاری است: دستگاه بیش از فرض مدل کار میکند. کسی بازه گزارش را از ساعتی به هر پانزده دقیقه بالا میبرد چون داده جالب به نظر رسید. بهروزرسانی فریمور ضربان اضافه میکند. روال پیوستن که در مدل یک بار رخ میداد، پس از هر افت برق رخ میدهد و بسیار گرانتر از یک ارسال معمولی است. قطع یک دروازه همه گرههای سایت را دو روز به تلاش مکرر برای پیوستن دوباره میفرستد، و آن دو روز ماهها هزینه دارد.
پس بودجه را به جای یک رقم به شکل جدولی بسازید، با یک سطر برای هر حالت: جریان خواب ضرب در زمان خواب، جریان فعال ضرب در زمان فعال، جریان ارسال ضرب در زمان روی هوا در بدترین ضریب گسترشی که میپذیرید، بهعلاوه هزینه پیوستن ضرب در تعداد انتظاری پیوستن در سال، بهعلاوه خودتخلیه، بهعلاوه ضریب کاهش برای دما. سپس حاشیهای بگذارید — حاشیه صادقانه دو است، نه بیست درصد — و نتیجه را به جای یک عدد، بازهای گرهخورده به شرایط صریح اعلام کنید.
دو انتخاب طراحی بارها هزینه خود را برمیگردانند. باتری را ابزارگذاری کنید: ولتاژ سلول را زیر بار گزارش کنید نه در سکون، چون ولتاژ سکون در شیمی با منحنی تخلیه تخت تقریبا هیچ نمیگوید، در حالی که ولتاژ زیر پالس ارسال امپدانس را دنبال میکند و هشدار واقعی میدهد. و بازه گزارش را پارامتری سمت سرور کنید با کفی که در فریمور اعمال میشود، تا روزی که کسی تصمیم گرفت داده دقیقهای بخواهد، امید زندگی ناوگان با توافق تغییر کند نه با تصادف.