Trådløse nettverk kan lære å leve sammen ved hjelp av energipulser

Forskere ved Universitetet i Michigan har oppfunnet en måte for forskjellige trådløse nettverk som er pakket inn i samme rom for å si "unnskyld meg" til hverandre.

Wi -Fi deler et frekvensbånd med de populære Bluetooth- og ZigBee-systemene, og alle er ofte funnet på samme steder sammen. Men det er vanskelig å forhindre forstyrrelser blant de tre teknologiene fordi de ikke kan signalisere hverandre for å koordinere bruken av spektret. I tillegg mislykkes ulike generasjoner av Wi-Fi noen ganger i å bytte koordinasjonssignaler fordi de bruker bredere eller smalere radiobånd. Begge problemene kan bremse nettverk og bryte tilkoblinger.

Michigan datavitenskapsprofessor Kang Shin og kandidatstudent Xinyu Zhang, nå en assisterende professor ved University of Wisconsin, satte opp for å takle dette problemet i 2011. I juli fant de GapSense, programvare som lar Wi-Fi, Bluetooth og ZigBee alle sende spesielle energipulser som kan brukes som trafikkmeldinger. GapSense er klar til å implementere i enheter og tilgangspunkter hvis en standard kropp eller en kritisk masse av leverandører kommer bak den, sier Shin.

[Videre lesing: De beste trådløse rutene]

Wi-Fi LAN er en data livlinje for telefoner, tabletter og PCer i utallige boliger, kontorer og offentlige steder. Bluetooth er en langsommere, men mindre strøm-sulten protokoll som vanligvis brukes i ledninger for tilkobling av eksterne enheter, og ZigBee er et enda lavere drevet system som finnes i enheter for hjemmautomatisering, helsevesen og andre formål.

Hver av de tre trådløse protokollene har en mekanisme for enheter for å koordinere bruken av teletid, men de er alle forskjellige fra hverandre, sier Shin. "De kan ikke virkelig snakke det samme språket og forstå hverandre i det hele tatt," sa Shin.

Hver bruker også CSMA (carrier sense multiple access), en mekanisme som instruerer radioer til å holde av på overføringer hvis airwaves blir brukt, men det systemet hindrer ikke alltid interferens, sa han.

Hovedproblemet er Wi -Fi går på tærne til Bluetooth og ZigBee. Noen ganger skjer dette bare fordi det fungerer raskere enn andre nettverk. For eksempel kan en Wi-Fi-enhet som bruker CSMA, ikke påvise fare for kollisjon med en annen overføring, selv om en nærliggende ZigBee-enhet er i ferd med å begynne å sende. Det er fordi ZigBee tar 16 ganger så lenge Wi-Fi kommer ut av tomgang og får pakkene i bevegelse, sier Shin.

Endring av ZigBee's ytelse for å få det til å holde tritt med Wi-Fi-naboene ville beseire ZigBee, som skal sende og motta små mengder data med svært lavt strømforbruk og lang batterilevetid, sier Shin.

Wi-Fi-enheter kan til og med mislykkes i å kommunisere seg med å dele opp ressurser. Etterfølgende generasjoner av Wi-Fi-standarden har tillatt større spekter av spekter for å oppnå høyere hastigheter. Som et resultat, hvis en 802.11b-enhet som bruker bare 10 MHz båndbredde forsøker å fortelle resten av et Wi-Fi-nettverk som det har pakker å sende, kan en 802.11n-enhet som bruker 40MHz ikke få det signalet, sa Shin. 802.11b-enheten blir da en "skjult terminal," sa Shin. Som et resultat kan pakker fra de to enhetene kollidere.

For å få alle disse forskjellige enhetene til å koordinere deres bruk av spektrum, utviklet Shin og Zhang en helt ny kommunikasjonsmetode. GapSense bruker en serie energipulser adskilt av hull. Lengden på hullene mellom pulser kan brukes til å skille forskjellige typer meldinger, for eksempel instruksjoner for å slå av på overføringer til kysten er klar. Signalene kan sendes ved starten av en kommunikasjon eller mellom pakker.

GapSense kan merkbart forbedre opplevelsen av å bruke Wi-Fi, Bluetooth og ZigBee. Nettverkskollisjoner kan redusere nettverk og til og med forårsake ødelagte tilkoblinger eller tapt samtaler. Da Shin og Zhang testet trådløse nettverk i et simulert kontormiljø med moderat Wi-Fi-trafikk, fant de en 45 prosent kollisjon mellom ZigBee og Wi-Fi. Bruke GapSense slashed den kollisjonen til 8 prosent. Deres tester av "skjult terminal" -problemet viste en 40 prosent kollisjonssats, og GapSense reduserte det nesten til null, ifølge en pressemelding.

En annen mulig bruk av GapSense er å la Wi-Fi-enheter være våken med mindre strømavløp. Slik fungerer Wi-Fi nå, vil inaktiv mottakere typisk lytte til et tilgangspunkt for å være forberedt på innkommende trafikk. Med GapSense kan tilgangspunktet sende en rekke gjentatte impulser og hull som en mottaker kan gjenkjenne mens du kjører på en svært lav klokkefrekvens, sier Shin. Uten fullstendig fremgang fra tomgang, kan mottakeren bestemme fra de gjentatte meldingene at tilgangspunktet prøver å sende det data. Denne funksjonen kan redusere energiforbruket til en Wi-Fi-enhet med 44 prosent, ifølge Shin.

Implementering av GapSense vil innebære oppdatering av firmware og enhetsdrivere for begge enheter og Wi-Fi-tilgangspunkter. De fleste produsenter vil ikke gjøre dette for enheter som allerede er på banen, så teknologien vil sannsynligvis måtte vente på at maskinvareprodukter blir oppdatert, ifølge Shin.

Et patent på teknologien er ventet. Den ideelle måten å sprede teknologien til, ville være gjennom en formell standard, men selv uten det kunne det bli allment omfavnet hvis to eller flere store leverandører lisensierte det, sa Shin.

Stephen Lawson dekker mobil-, lagrings- og nettverksteknologi for

IDG News Service. Følg Stephen på Twitter på @sdlawsonmedia. Stephens e-postadresse er [email protected]