Drahtlose Netzwerke können lernen, zusammen zu leben, indem sie Energieimpulse verwenden

Forscher an der Universität von Michigan haben einen Weg für verschiedene drahtlose Netzwerke erfunden, die in den gleichen Raum gestopft sind, um einander "Entschuldigung" zu sagen.

Wi -Fi teilt sich ein Frequenzband mit den populären Bluetooth- und ZigBee-Systemen, und alle sind oft an denselben Orten zusammen zu finden. Es ist jedoch schwierig, Interferenz zwischen den drei Technologien zu verhindern, da sie einander nicht signalisieren können, die Verwendung des Spektrums zu koordinieren. Außerdem können verschiedene Generationen von Wi-Fi manchmal keine Koordinationssignale austauschen, da sie breitere oder schmalere Funkbänder verwenden. Beide Probleme können Netzwerke bremsen und Verbindungen unterbrechen.

Der Informatikprofessor Kang Shin aus Michigan und seine Doktorandin Xinyu Zhang, jetzt Assistenzprofessorin an der University of Wisconsin, machten sich 2011 daran, dieses Problem anzugehen. Im vergangenen Juli erfanden sie GapSense Software, die Wi-Fi, Bluetooth und ZigBee alle sendet spezielle Energie Impulse, die als Verkehrssteuerungsnachrichten verwendet werden können. GapSense kann in Geräten und Access Points implementiert werden, wenn ein Standardisierungsgremium oder eine kritische Masse von Anbietern hinter ihm steckt.

[Weiterführende Literatur: Die besten WLAN-Router]

WLAN-LANs sind eine Datensicherungslinie für Telefone, Tablets und PCs in unzähligen Wohnungen, Büros und öffentlichen Orten. Bluetooth ist ein langsameres, aber weniger stromhungriges Protokoll, das normalerweise anstelle von Kabeln zum Anschließen von Peripheriegeräten verwendet wird, und ZigBee ist ein noch leistungsärmeres System in Geräten für Heimautomatisierung, Gesundheitswesen und andere Zwecke.

Jedes der drei drahtlosen Protokolle "Sie können nicht wirklich die gleiche Sprache sprechen und verstehen sich überhaupt", sagte Shin.

Jeder benutzt auch CSMA (Carrier Sense Multiple Access), ein Mechanismus, der Radios anweist, Übertragungen zu unterdrücken, wenn die Funkwellen benutzt werden, aber dieses System verhindert nicht immer Interferenzen, sagte er.

Das Hauptproblem ist Wi -Fi tritt auf die Zehen von Bluetooth und ZigBee. Manchmal passiert dies, weil es schneller als andere Netzwerke agiert. Beispielsweise erkennt ein Wi-Fi-Gerät, das CSMA verwendet, möglicherweise keine Gefahr einer Kollision mit einer anderen Übertragung, obwohl ein in der Nähe befindliches ZigBee-Gerät gerade mit der Übertragung beginnt. Das liegt daran, dass ZigBee 16-mal so lange braucht wie Wi-Fi, um aus dem Leerlaufmodus zu kommen und die Pakete in Bewegung zu versetzen, sagte Shin.

Wenn ZigBee mit seinen Wi-Fi-Nachbarn mithalten konnte, würde das den Zweck von ZigBee zunichte machen. Das ist, um kleine Datenmengen mit sehr niedrigem Stromverbrauch und langer Akkulaufzeit zu übertragen und zu empfangen, sagte Shin.

Wi-Fi-Geräte können sogar untereinander nicht kommunizieren, wenn sie Ressourcen aufteilen. Nachfolgende Generationen des Wi-Fi-Standards haben größere Frequenzbereiche ermöglicht, um höhere Geschwindigkeiten zu erreichen. Wenn ein 802.11b-Gerät mit nur 10 MHz Bandbreite versucht, dem Rest eines Wi-Fi-Netzwerks mitzuteilen, dass es Pakete senden muss, erhält ein 802.11n-Gerät, das 40 MHz verwendet, dieses Signal möglicherweise nicht, sagte Shin. Das 802.11b-Gerät wird dann zu einem "versteckten Terminal", sagte Shin. Dies kann dazu führen, dass die Pakete der beiden Geräte kollidieren.

Um all diese verschiedenen Geräte zu koordinieren, haben Shin und Zhang eine völlig neue Kommunikationsmethode entwickelt. GapSense verwendet eine Reihe von Energieimpulsen, die durch Lücken getrennt sind. Die Länge der Lücken zwischen den Impulsen kann verwendet werden, um verschiedene Arten von Nachrichten zu unterscheiden, wie z. B. Anweisungen zum Zurücksetzen bei Übertragungen, bis die Freileitung frei ist. Die Signale können zu Beginn einer Kommunikation oder zwischen Paketen gesendet werden.

GapSense kann die Nutzung von Wi-Fi, Bluetooth und ZigBee spürbar verbessern. Netzwerkkollisionen können Netzwerke verlangsamen und sogar unterbrochene Verbindungen oder unterbrochene Anrufe verursachen. Als Shin und Zhang drahtlose Netzwerke in einer simulierten Büroumgebung mit mäßigem WLAN-Verkehr testeten, stellten sie eine 45-prozentige Kollisionsrate zwischen ZigBee und Wi-Fi fest. Mit GapSense wurde die Kollisionsrate auf 8 Prozent gesenkt. Ihre Tests des "Hidden Terminal" -Problems zeigten eine 40-prozentige Kollisionsrate, und GapSense reduzierte das laut Pressemitteilung fast auf Null.

Eine weitere mögliche Anwendung von GapSense besteht darin, dass Wi-Fi-Geräte mit weniger Stromausfall wachsam bleiben. Wie Wi-Fi jetzt funktioniert, müssen inaktive Empfänger in der Regel einen Zugangspunkt hören, um auf eingehenden Verkehr vorbereitet zu sein. Mit GapSense kann der Access Point eine Reihe von wiederholten Impulsen und Lücken senden, die ein Empfänger erkennen kann, während er mit einer sehr niedrigen Taktrate läuft, sagte Shin. Ohne vollständig aus dem Leerlauf zu kommen, kann der Empfänger aus den wiederholten Nachrichten feststellen, dass der Zugangspunkt versucht, Daten zu senden. Diese Funktion könnte laut Shin den Energieverbrauch eines Wi-Fi-Geräts um 44 Prozent reduzieren.

Die Implementierung von GapSense würde die Aktualisierung der Firmware und der Gerätetreiber von beiden Geräten und Wi-Fi-Zugangspunkten erfordern. Die meisten Hersteller würden dies nicht für Geräte tun, die bereits im Einsatz sind, so dass die Technologie wahrscheinlich warten muss, bis Hardwareprodukte aktualisiert werden, so Shin.

Ein Patent auf die Technologie steht noch aus. Der ideale Weg, um die Technologie zu verbreiten, wäre durch einen formellen Standard, aber selbst ohne diesen könnte es breite Akzeptanz finden, wenn zwei oder mehr große Hersteller es lizenzieren.

Stephen Lawson deckt Mobil-, Speicher- und Netzwerktechnologien für

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