Trådløse netværk kan lære at leve sammen ved hjælp af energipulser

Forskere ved University of Michigan har opfundet en måde for forskellige trådløse netværk, der er pakket ind i samme rum for at sige "undskylde" til hinanden. -Fi deler et frekvensbånd med de populære Bluetooth- og ZigBee-systemer, og alle findes ofte på samme steder sammen. Men det er svært at forhindre interferens blandt de tre teknologier, fordi de ikke kan signalere hinanden for at koordinere brugen af ​​spektret. Derudover undlader forskellige generationer af Wi-Fi undertiden at udveksle koordinationssignaler, fordi de bruger bredere eller smalere radiobånd. Begge problemer kan bremse netværk og bryde forbindelser.

Michigan computervidenskabsprofessor Kang Shin og kandidatstuderende Xinyu Zhang, nu en assistent professor ved University of Wisconsin, satte op for at løse dette problem i 2011. I juli opfandt de GapSense, software, der tillader Wi-Fi, Bluetooth og ZigBee alle at sende specielle energipulser, der kan bruges som trafikstyringsmeddelelser. GapSense er klar til at implementere i enheder og adgangspunkter, hvis en standardkrop eller en kritisk masse af leverandører kommer bag den, siger Shin.

[Yderligere læsning: De bedste trådløse routere]

Wi-Fi LAN er en data livslinje til telefoner, tabletter og pc'er i utallige hjem, kontorer og offentlige steder. Bluetooth er en langsommere, men mindre strøm-sulten protokol, der typisk bruges i ledningsnet til at forbinde periferiudstyr, og ZigBee er et endnu lavere drevet system, der findes i enheder til hjemmeautomatisering, sundhedspleje og andre formål.

Hver af de tre trådløse protokoller har en mekanisme til enheder til at koordinere brugen af ​​fjernetid, men de er alle forskellige fra hinanden, sagde Shin. "De kan ikke rigtig tale det samme sprog og forstå hinanden overhovedet," sagde Shin.

Hver bruger også CSMA (carrier sense multiple access), en mekanisme, der instruerer radioer til at holde off på transmissioner, hvis luftbølgerne bliver brugt, men det system forhindrer ikke altid interferens, sagde han.

Hovedproblemet er Wi -Fi træder på tæerne på Bluetooth og ZigBee. Nogle gange sker det bare fordi det virker hurtigere end andre netværk. For eksempel kan en Wi-Fi-enhed, der anvender CSMA, muligvis ikke mærke nogen fare for kollision med en anden transmission, selv om en nærliggende ZigBee-enhed er ved at starte overførsel. Det skyldes, at ZigBee tager 16 gange så længe Wi-Fi kommer frem i tomgangstilstand og får pakkerne til at bevæge sig, sagde Shin.

Ændring af ZigBee's ydeevne for at hjælpe med at følge med med sine Wi-Fi-naboer ville overvinde formålet med ZigBee, som skal sende og modtage små mængder data med meget lavt strømforbrug og lang batterilevetid, siger Shin.

Wi-Fi-enheder kan endda ikke kommunikere indbyrdes med at opdele ressourcer. Efterfølgende generationer af Wi-Fi-standarden har tilladt større spoler i spektret for at opnå højere hastigheder. Som et resultat, hvis en 802.11b-enhed, der bruger bare 10 MHz båndbredde, forsøger at fortælle resten af ​​et Wi-Fi-netværk, som det har pakker at sende, kan en 802.11n-enhed, der bruger 40MHz, ikke få det signal, sagde Shin. 802.11b-enheden bliver så en "skjult terminal", sagde Shin. Som følge heraf kan pakker fra de to enheder kollidere.

For at få alle disse forskellige enheder til at koordinere deres brug af spektrum udviklede Shin og Zhang en helt ny kommunikationsmetode. GapSense bruger en række energipulser adskilt af huller. Længden af ​​hullerne imellem impulser kan bruges til at skelne forskellige typer af meddelelser, såsom instruktioner for at slå af på transmissionen, indtil kysten er klar. Signalerne kan sendes i starten af ​​en kommunikation eller mellem pakker.

GapSense kan muligvis forbedre oplevelsen af ​​at bruge Wi-Fi, Bluetooth og ZigBee. Netværkskollisioner kan nedsætte netværk og endda forårsage brudte forbindelser eller tabte opkald. Da Shin og Zhang testede trådløse netværk i et simuleret kontormiljø med moderat Wi-Fi-trafik, fandt de en 45 procent kollision mellem ZigBee og Wi-Fi. Brug af GapSense slashed den kollisionsrate til 8 procent. Deres test af "skjult terminal" -problemet viste en kollisionshastighed på 40 procent, og GapSense reducerede det næsten til nul ifølge en pressemeddelelse.

En anden mulig brug af GapSense er at lade Wi-Fi-enheder være opmærksomme med mindre strømafledning. Den måde, hvorpå Wi-Fi fungerer nu, skal inaktiv modtagere typisk lytte til et adgangspunkt, der skal udarbejdes for indgående trafik. Med GapSense kan adgangspunktet sende en række gentagne impulser og huller, som en modtager kan genkende, mens den kører med en meget lav klokkefrekvens, sagde Shin. Uden at komme helt ud af tomgang, kan modtageren bestemme fra de gentagne meddelelser, at adgangspunktet forsøger at sende det data. Denne funktion kan reducere energiforbruget af en Wi-Fi-enhed med 44 procent, ifølge Shin.

Implementering GapSense ville indebære opdatering af firmware og enhedsdrivere for begge enheder og Wi-Fi-adgangspunkter. De fleste producenter vil ikke gøre dette til enheder, der allerede er på marken, så teknologien vil sandsynligvis skulle vente på, at hardwareprodukterne bliver opdateret, ifølge Shin.

Et patent på teknologien afventer. Den ideelle måde at sprede teknologien på ville være gennem en formel standard, men selv uden det kunne det blive bredt omtalt, hvis to eller flere større leverandører licenserede det, sagde Shin.

Stephen Lawson dækker mobil-, lagrings- og netværksteknologier til

IDG News Service

. Følg Stephen på Twitter på @sdlawsonmedia. Stephens email adresse er [email protected]