Wi-Fi gebruik 'n spektrum wat "ongelisensieer" is, wat gebruik kan word deur enige toestel of netwerk wat FCC-oordragreëls volg. In onlangse jare het sellulêre verskaffers ook hierdie spektrum begin gebruik.
Universiteit van Chicago navorsers vind dat mededinging tussen netwerke prestasie verminder.
As diens stadig raak wanneer jy 'n vinnige e-pos op jou slimfoon probeer stuur, kan jy dalk deur jou netwerkopsies blaai en ontdek hoeveel Wi-Fi-netwerke daar is. Trouens, hierdie oorvloed opsies is self die probleem. Hierdie netwerke is in kompetisie met mekaar, wat die spoed beperk waarteen elkeen kan werk.
Navorsers van die Universiteit van Chicago het getoon hoe hierdie verhoogde netwerkkompetisie internetdiens vir alledaagse gebruikers negatief kan beïnvloed.
Mededinging tussen netwerke ontstaan wanneer hulle op gedeelde spektrumbande werk, of frekwensiereekse vir elektromagnetiese golwe. Wi-Fi gebruik veral 'n spektrum wat "ongelisensieerd" is, wat beteken dat enige toestel of netwerk hierdie spektrum kan gebruik solank sekere transmissiereëls wat deur die Federal Communications Commission (FCC) opdrag gegee word, gevolg word.
“Die ongelisensieerde spektrum is letterlik 'n gratis-vir-almal; enigiemand kan dit gebruik, binne die perke wat deur FCC gestel word,” verduidelik Monisha Ghosh, medelid in die Departement Rekenaarwetenskap aan die Universiteit van Chicago en navorsingsprofessor in die Pritzker Skool vir Molekulêre Ingenieurswese.
Selfoondiens maak meestal staat op 'n heeltemal afsonderlike band van spektra, wat verskaffers lisensieer van die FCC deur middel van spektrumveilings, hoewel dit verskuif het met die groeiende vraag na sellulêre data en beperkte bandwydtes.
Wanneer 'n sellulêre verskaffer, soos T-Mobile of AT&T, 'n spektrumband van die FCC lisensieer, behou hulle die eksklusiewe gebruik daarvan voor. Gevolglik ervaar netwerke wat op gelisensieerde bands werk min inmenging. Dit stel verskaffers in staat om vinnige en betroubare diens te vestig, maar dit kom teen 'n koste.
LAA-stasies soos hierdie een op die UChicago-kampus laat sellulêre verskaffers toegang tot dieselfde gedeelde spektrumbande wat vir Wi-Fi gebruik word. Krediet: Foto met vergunning van Monisha Ghosh
"In die afgelope vyf jaar het die sellulêre wêreld gegroei in sy aantal gebruikers en die hoeveelheid data wat hulle benodig," het Ghosh gesê. "Sellulêre diensverskaffers het begin kortkom op spektrum, en die gelisensieerde spektrum kos miljarde."
Om bandwydte te verbeter sonder om die bank te breek, het hierdie verskaffers ook begin om die ongelisensieerde spektrum via sellulêre netwerke te gebruik met 'n modus genaamd gelisensieerde bygestaan toegang (LAA), wat werk op dieselfde bande wat vir Wi-Fi gebruik word. Ghosh se groep het probeer om te ondersoek hoe hierdie gedeelde gebruik van die ongelisensieerde spektrum, wat naasbestaan genoem word, beide Wi-Fi en sellulêre gebruikers beïnvloed het.
"Ons het eintlik 'n LAA-stasie op die UChicago-kampus gevind, op 'n paal voor die boekwinkel, en in hierdie buite-ruimtekampus is Wi-Fi ook in gebruik," het Ghosh gesê. "Dit het 'n eksperimentele platform in ons agterplaas gebied, so ons het begin metings neem."
Sit op 'n bankie buite die boekwinkel, rekenaarwetenskap-gegradueerde student Muhammad Rochman en nadoktorale navorser Vanlin Sathya het vyf skootrekenaars en slimfone opgestel en dit gebruik om toegang tot die plaaslike Wi-Fi-netwerke te kry of met behulp van sellulêre data aan LAA te koppel. Hulle het ook toegang tot verskillende tipes data gekry om die vraag op hierdie netwerke te wissel, van laag (soos toegang tot teks op 'n webwerf) tot hoog (stroom van 'n video). Elke toestel was toegerus met toepassings wat die groep in staat gestel het om die kwaliteit van elke netwerkverbinding te meet.
Deur toegang tot verskeie netwerke gelyktydig te verkry, het die groep gevind dat mededinging prestasie verminder het - wat die hoeveelheid data wat versend is, die spoed van transmissie en die seinkwaliteit verminder.
“As almal die spektrum op dieselfde tyd begin gebruik, skep dit inmenging en niemand se inligting kom deur nie.”
- Navorsing Prof. Monisha Ghosh
Hierdie kompetisie was veral nadelig vir Wi-Fi. Toe LAA ook aktief gebruik was, het data wat deur Wi-Fi-gebruikers versend is, tot 97% afgeneem. Omgekeerd het LAA-data slegs 'n afname van 35% getoon toe Wi-FI ook in gebruik was.
Ghosh het verduidelik dat die onversoenbaarheid tussen Wi-Fi en LAA deels te danke is aan die verskillende protokolle wat elkeen gebruik om swaar internetverkeer te hanteer.
"As almal die spektrum op dieselfde tyd begin gebruik, skep dit inmenging en niemand se inligting kom deur nie," het Ghosh gesê. "Maar Wi-Fi en sellulêr het baie verskillende meganismes ontwikkel om hierdie probleem te hanteer."
Omdat Wi-Fi uitsluitlik afhanklik is van ongelisensieerde spektra, gebruik dit 'n protokol wat aangepas is vir onvoorspelbare vraag. Hierdie protokol, genoem luister-voor-praat, boots die interaksies van 'n groep beleefde partytjiegangers na. Deelnemers luister en wag vir 'n gaping in die gesprek om te praat. As twee mense tegelyk begin praat, keer die een beleefd terug om die ander te laat praat, en lui dan naderhand. Net so, as verskeie Wi-Fi-gebruikers probeer om toegang tot die netwerk op een slag te kry, word aan elkeen 'n kort wagtyd toegeken, en toevaligheid tussen hierdie wagtye verminder die waarskynlikheid van botsing.
Nagraadse student Muhammad Rochman gebruik verskeie toestelle om prestasie van plaaslike Wi-Fi-netwerke en LAA te toets. Krediet: Foto met vergunning van Monisha Ghosh
Daarteenoor kan sellulêre verskaffers vraag voorspel op grond van sellulêre toegang, en so elke gebruiker 'n spesifieke transmissietyd toewys. LAA-gebruikers is dus meer soos sprekers in 'n streng geskeduleerde kollokwia as by 'n informele partytjie.
Hierdie verskil in protokolle het min probleem opgelewer toe sellulêre verskaffers tot gelisensieerde spektra beperk is, maar namate hulle na die ongelisensieerde spektra oorgeskakel het, maak die kanaaltoegangsparameters wat LAA gebruik dit moeilik vir Wi-Fi-gebruikers om gelyke toegang tot die medium te kry. Ten spyte van die feit dat LAA onlangs die streng skedulering wat in sellulêre bande gebruik word verander het om luister-voor-praat te implementeer, werk dit steeds met verskillende parameters. Een deurslaggewende verskil is hoe lank elke stelsel die medium hou sodra dit toegang verkry: LAA kan vir tot 10 millisekondes uitsaai, terwyl Wi-Fi-uitsendings slegs tot 4 millisekondes lank is.
Mededinging in die gedeelde spektrum vind nie net tussen Wi-Fi en sellulêre verskaffers plaas nie, maar ook binne elke netwerktipe.
"In ons eksperimente vergelyk ons Wi-Fi/Wi-Fi-naasbestaan met Wi-Fi/LAA-naasbestaan," het Ghosh gesê. “Wi-Fi/Wi-Fi-naasbestaan is nie te sleg nie as gevolg van die luister-voor-praat-prosedure, so ons het dit as 'n standaard van regverdigheid gebruik. Maar Wi-Fi/LAA tree slegter op, en ons was verbaas oor hoeveel erger.”
In toekomstige studies hoop sy om ook te ondersoek hoe LAA-netwerke wat deur verskillende sellulêre verskaffers verskaf word met mekaar meeding.
Ghosh het ook regulatoriese agentskappe geadviseer oor hoe om netwerkprotokolle beter in lyn te bring op grond van haar navorsing.
“Hierdie veranderinge het gelei tot beter naasbestaan en beter deelmeganismes. Maar daar lê nog 'n lang pad voor,” het sy gesê.
Verwysing: "Hidden-nodes in coexisting LAA & Wi-Fi: a measurement study of real deployments" deur Vanlin Sathya, Muhammad Iqbal Rochman en Monisha Ghosh.
PDF
Die navorsing is op 18 Junie 2021 aangebied by die IEEE Internasionale Konferensie oor Kommunikasie (ICC 2021) Werkswinkel oor Spektrumdeling.
