Trådlösa nätverk kan lära sig att leva ihop med hjälp av energipulser

Forskare vid University of Michigan har uppfunnit ett sätt för olika trådlösa nätverk i samma utrymme att säga "ursäkta" mig till varandra.

Wi -Fi delar ett frekvensband med de populära Bluetooth- och ZigBee-systemen, och alla finns ofta på samma platser tillsammans. Men det är svårt att förhindra störningar bland de tre teknikerna eftersom de inte kan signalera varandra för att samordna spektrumets användning. Dessutom misslyckas olika generationer av Wi-Fi ibland att byta samordningssignaler eftersom de använder bredare eller smalare radioband. Både problem kan sakta ner nätverk och bryta förbindelser.

Michigan datavetenskapsprofessor Kang Shin och doktorand Xinyu Zhang, nu en biträdande professor vid University of Wisconsin, satte upp för att ta itu med detta problem 2011. I juli uppfann de GapSense, programvara som låter Wi-Fi, Bluetooth och ZigBee alla skicka särskilda energipulser som kan användas som trafikstyrningsmeddelanden. GapSense är redo att implementera i enheter och åtkomstpunkter om en standardkropp eller en kritisk massa av leverantörer kommer bakom det, sade Shin.

[Ytterligare läsning: De bästa trådlösa routrarna]

Wi-Fi-nätverk är en data livlinje för telefoner, tabletter och datorer i otaliga hem, kontor och offentliga platser. Bluetooth är ett långsammare men mindre power-hungry protokoll som vanligtvis används i stället för sladdar för att ansluta kringutrustning, och ZigBee är ett ännu lägre drivsystem som finns i enheter för hemautomatisering, vård och andra ändamål.

Var och en av de tre trådlösa protokollen har en mekanism för enheter för att samordna användningen av sändningstid, men de är alla olika, säger Shin. "De kan inte riktigt tala samma språk och förstå varandra alls", säger Shin.

Varje använder också CSMA (carrier sense multiple access), en mekanism som instruerar radiosändningar att hålla kvar på överföringar om luftvågorna används, men det systemet hindrar inte alltid störningar, sade han.

Huvudproblemet är Wi -Fi på tårna på Bluetooth och ZigBee. Ibland händer detta bara för att det fungerar snabbare än andra nätverk. Till exempel kan en Wi-Fi-enhet som använder CSMA inte känna någon risk för kollision med en annan överföring, även om en närliggande ZigBee-enhet är på väg att börja sända. Det beror på att ZigBee tar 16 gånger så länge som Wi-Fi ska komma från viloläge och få paketen att flytta, säger Shin.

Ändring av ZigBees prestanda för att hjälpa det att fortsätta med sina Wi-Fi-grannar skulle besegra syftet med ZigBee, som ska sända och ta emot små mängder data med mycket låg strömförbrukning och lång batteritid, säger Shin.

Wi-Fi-enheter kan till och med misslyckas att kommunicera med varandra om att dela upp resurser. Efterföljande generationer av Wi-Fi-standarden har tillåtit för större bitar av spektrum för att uppnå högre hastigheter. Om en 802.11b-enhet med bara 10 MHz bandbredd försöker berätta för resten av ett Wi-Fi-nätverk som det har paket att skicka, kan en 802.11n-enhet som använder 40MHz inte få den signalen, sade Shin. 802.11b-enheten blir då en "dold terminal", säger Shin. Som ett resultat kan paket från de två enheterna kollidera.

För att få alla dessa olika enheter att samordna deras användning av spektrum, utformade Shin och Zhang en helt ny kommunikationsmetod. GapSense använder en serie energipulser separerade av luckor. Längden på luckorna mellan pulser kan användas för att skilja olika typer av meddelanden, såsom instruktioner för att backa på transmissionen tills kusten är klar. Signalerna kan skickas i början av en kommunikation eller mellan paket.

GapSense kan märkbart förbättra erfarenheten av att använda Wi-Fi, Bluetooth och ZigBee. Nätverkskollisioner kan sakta ner nätverk och ens orsaka brutna anslutningar eller tappade samtal. När Shin och Zhang testade trådlösa nätverk i en simulerad kontorsmiljö med måttlig Wi-Fi-trafik fann de 45 procent av kollisioner mellan ZigBee och Wi-Fi. Använda GapSense snedde den kollisionshastigheten till 8 procent. Deras test av "dolda terminal" -problemet visade en 40 procent kollisionshastighet och GapSense reducerade det nästan till noll, enligt ett pressmeddelande.

En annan möjlig användning av GapSense är att låta Wi-Fi-enheter vara varna med mindre strömavlopp. Det sätt på vilket Wi-Fi fungerar nu måste inaktiv mottagare vanligtvis lyssna på en åtkomstpunkt som ska förberedas för inkommande trafik. Med GapSense kan åtkomstpunkten skicka en serie upprepade pulser och luckor som en mottagare kan känna igen vid körning med en mycket låg klockfrekvens, sa Shin. Utan att komma helt från tomgang kan mottagaren bestämma från de upprepade meddelandena att åtkomstpunkten försöker skicka den data. Den här funktionen kan minska energiförbrukningen för en Wi-Fi-enhet med 44 procent, enligt Shin.

Genomförandet av GapSense skulle innebära uppdatering av firmware och drivrutiner för båda enheterna och Wi-Fi-åtkomstpunkter. De flesta tillverkare skulle inte göra det för enheter som redan finns på fältet, så tekniken kommer troligen att behöva vänta på att hårdvaruprodukter ska uppdateras, enligt Shin.

Ett patent på tekniken väntar. Det ideala sättet att sprida tekniken skulle vara genom en formell standard, men även utan det kunde det bli allmänt omtänkt om två eller flera större leverantörer licensierade det, sa Shin.

Stephen Lawson täcker mobil-, lagrings- och nätverksteknik för

IDG News Service. Följ Stephen på Twitter på @sdlawsonmedia. Stephens e-postadress är [email protected]