Sieci bezprzewodowe mogą nauczyć się żyć razem dzięki pulsom energetycznym

Naukowcy z University of Michigan wymyślili sposób dla różnych sieci bezprzewodowych wciśniętych w tę samą przestrzeń, by powiedzieć "przepraszam" sobie nawzajem.

Wi -Fi dzieli pasmo częstotliwości z popularnymi systemami Bluetooth i ZigBee, a wszystkie często znajdują się w tych samych miejscach. Trudno jednak zapobiec zakłóceniom między trzema technologiami, ponieważ nie mogą one wzajemnie sygnalizować koordynacji wykorzystania widma. Ponadto różne generacje Wi-Fi czasami nie są w stanie wymieniać sygnałów koordynacji, ponieważ używają szerszych lub węższych pasm radiowych. Oba problemy mogą spowolnić sieci i zerwać połączenia.

Profesor nauk komputerowych z Michigan, Kang Shin i absolwent Xinyu Zhang, obecnie adiunkt na University of Wisconsin, postanowili rozwiązać ten problem w 2011 r. W lipcu ubiegłego roku wymyślili GapSense oprogramowanie, które pozwala Wi-Fi, Bluetooth i ZigBee wysyłać specjalne impulsy energii, które mogą być używane jako komunikaty sterowania ruchem. GapSense jest gotowy do wdrożenia w urządzeniach i punktach dostępowych, jeśli dostanie za to jednostka normalizacyjna lub masa krytyczna dostawców, powiedział Shin.

[Dalsze informacje: Najlepsze routery bezprzewodowe]

Sieci Wi-Fi LAN to linia danych na telefony, tablety i komputery osobiste w niezliczonych domach, biurach i miejscach publicznych. Bluetooth jest wolniejszym, ale mniej wymagającym mocy protokołem, zwykle używanym zamiast kabli do podłączania urządzeń peryferyjnych, a ZigBee to jeszcze niższy zasilany system znajdujący się w urządzeniach do automatyki domowej, opieki zdrowotnej i innych celów.

Każdy z trzech protokołów bezprzewodowych ma mechanizm dla urządzeń koordynujących korzystanie z czasu antenowego, ale wszystkie one są różne od siebie, powiedział Shin.

"Oni tak naprawdę nie potrafią mówić tym samym językiem i rozumieją się nawzajem," powiedział Shin.

Każdy z nich korzysta również z CSMA (wielozakresowy dostęp do sensora nośnego), mechanizmu, który nakazuje, aby radiotelefony wstrzymywały transmisje, jeśli fale radiowe są używane, ale system ten nie zawsze zapobiega zakłóceniom, powiedział.

Głównym problemem jest Wi -Fi wchodzenie na palce Bluetooth i ZigBee. Czasami dzieje się tak tylko dlatego, że działa szybciej niż inne sieci. Na przykład, urządzenie Wi-Fi używające CSMA może nie wykryć żadnego zagrożenia kolizji z inną transmisją, nawet gdy najbliższe urządzenie ZigBee zacznie nadawać. Dzieje się tak dlatego, że ZigBee pobiera 16 razy więcej czasu niż Wi-Fi, aby wyjść z trybu bezczynności i przenieść pakiety, powiedział Shin.

Zmiana wydajności ZigBee, aby pomóc jej nadążyć za swoimi sąsiadami Wi-Fi, zlikwidowałaby cel ZigBee, która ma przekazywać i odbierać niewielkie ilości danych przy bardzo niskim zużyciu energii i długim czasie pracy na baterii, powiedział Shin.

Urządzenia Wi-Fi mogą nawet nie komunikować się między sobą o podział zasobów. Kolejne generacje standardu Wi-Fi pozwoliły na większe fragmenty widma w celu osiągnięcia wyższych prędkości. W rezultacie, jeśli urządzenie 802.11b używające przepustowości tylko 10 MHz próbuje powiedzieć reszcie sieci Wi-Fi, że ma pakiety do wysłania, urządzenie 802.11n, które wykorzystuje 40 MHz, może nie uzyskać tego sygnału, powiedział Shin. Urządzenie 802.11b staje się wtedy "ukrytym terminalem" - powiedział Shin. W rezultacie pakiety z obu urządzeń mogą się kolidować.

Aby wszystkie te różne urządzenia skoordynowały wykorzystanie widma, Shin i Zhang opracowali zupełnie nową metodę komunikacji. GapSense wykorzystuje serię impulsów energetycznych rozdzielonych przerwami. Długość odstępów między impulsami może być wykorzystana do rozróżnienia różnych typów komunikatów, takich jak instrukcje do wycofania się podczas transmisji, aż do uzyskania wyraźnego brzegu. Sygnały mogą być wysyłane na początku komunikacji lub pomiędzy pakietami.

GapSense może znacznie poprawić komfort korzystania z Wi-Fi, Bluetooth i ZigBee. Kolizje w sieci mogą spowolnić działanie sieci, a nawet spowodować zerwanie połączenia lub przerwanie połączenia. Kiedy Shin i Zhang przetestowali sieci bezprzewodowe w symulowanym środowisku biurowym z umiarkowanym ruchem Wi-Fi, wykryli 45% kolizji między ZigBee i Wi-Fi. Korzystanie z GapSense zmniejszyło wskaźnik kolizji do 8 procent. Testy problemu "ukrytego terminalu" wykazały 40 procentowy współczynnik kolizji, a GapSense zmniejszył się prawie do zera, zgodnie z komunikatem prasowym.

Innym możliwym zastosowaniem GapSense jest pozwolenie urządzeniom Wi-Fi zachować czujność przy mniejszym zużyciu energii. Sposób, w jaki działa Wi-Fi teraz, bezczynni odbiorcy zwykle muszą słuchać punktu dostępowego, który będzie przygotowany na ruch przychodzący. Dzięki GapSense punkt dostępowy może wysłać serię powtarzających się impulsów i przerw, które odbiornik może rozpoznać podczas pracy z bardzo niską częstotliwością zegara, powiedział Shin. Bez pełnego wychodzenia z trybu bezczynności odbiorca może stwierdzić na podstawie powtarzających się komunikatów, że punkt dostępu próbuje wysłać dane. Ta funkcja może zmniejszyć zużycie energii przez urządzenie Wi-Fi o 44 procent, według Shina.

Wdrożenie GapSense wymagałoby aktualizacji oprogramowania układowego i sterowników urządzeń zarówno urządzeń, jak i punktów dostępu Wi-Fi. Większość producentów nie zrobi tego dla urządzeń już istniejących w terenie, więc technologia prawdopodobnie będzie musiała poczekać na odświeżenie produktów sprzętowych, zgodnie z Shin.

Patent na technologię jest w toku. Idealny sposób na rozpowszechnienie technologii byłby formalnym standardem, ale nawet bez tego, mógłby zostać szeroko przyjęty, gdyby dwaj lub więcej głównych dostawców na to licencji, Shin powiedział.

Stephen Lawson obejmuje technologie mobilne, pamięci masowej i sieci dla Serwis informacyjny IDG. Śledź Stephena na Twitterze na @sdlawsonmedia. Adres email Stephena to [email protected]