Wi-Fi 使用“未经许可”的频谱，任何遵循 FCC 传输规则的设备或网络都可以使用该频谱。 近年来，蜂窝提供商也开始使用该频谱。
芝加哥大学的研究人员发现网络之间的竞争会降低性能。
如果在您尝试在智能手机上发送快速电子邮件时服务变慢，您可以滚动浏览网络选项并查看有多少 Wi-Fi 网络。 事实上，过多的选择本身就是问题所在。 这些网络相互竞争，限制了每个网络的运行速度。
芝加哥大学的研究人员已经证明，这种日益激烈的网络竞争会对日常用户的互联网服务产生负面影响。
当网络在共享频谱带或电磁波频率范围内运行时，就会出现网络之间的竞争。 特别是，Wi-Fi 使用“未经许可”的频谱，这意味着只要遵循联邦通信委员会 (FCC) 规定的某些传输规则，任何设备或网络都可以使用该频谱。
“未经许可的频谱实际上是免费的； 任何人都可以在 FCC 规定的范围内使用它，”芝加哥大学计算机科学系副成员、普利兹克分子工程学院研究教授 Monisha Ghosh 解释说。
蜂窝电话服务主要依赖于一个完全独立的频谱波段，提供者通过频谱拍卖从 FCC 获得许可，尽管随着对蜂窝数据和有限带宽的需求不断增长，这种情况已经发生了变化。
当 T-Mobile 或 AT&T 等蜂窝提供商从 FCC 获得频谱许可时，他们保留其独家使用权。 因此，在许可频段上运行的网络几乎不会受到干扰。 这允许提供商建立快速可靠的服务，但这是有代价的。
像这样位于芝加哥大学校园内的 LAA 站允许蜂窝提供商访问用于 Wi-Fi 的相同共享频段。 图片来源：Monisha Ghosh
“在过去五年中，蜂窝世界的用户数量和他们需要的数据量都在增长，”Ghosh 说。 “蜂窝服务提供商的频谱已经开始短缺，许可频谱耗资数十亿美元。”
为了在不破坏资金的情况下提高带宽，这些提供商还开始通过蜂窝网络使用未经许可的频谱，使用一种称为许可辅助接入 (LAA) 的模式，该模式在用于 Wi-Fi 的相同频段上运行。 Ghosh 的小组着手研究这种共享使用未经许可的频谱（称为共存）如何影响 Wi-Fi 和蜂窝用户。
“我们实际上在 UChicago 校区的书店前的一根杆子上发现了一个 LAA 站，在这个外部空间校园内，Wi-Fi 也在使用中，”Ghosh 说。 “这在我们的后院提供了一个实验平台，所以我们开始进行测量。”
坐在书店外的长椅上，计算机科学研究生 Muhammad Rochman 和博士后研究员 Vanlin Sathya 设置了五台笔记本电脑和智能手机，并使用这些笔记本电脑和智能手机访问本地 Wi-Fi 网络或使用蜂窝数据连接到 LAA。 他们还访问了不同类型的数据以改变对这些网络的需求，从低（例如访问网站上的文本）到高（流式传输视频）。 每个设备都配备了允许该小组测量每个网络连接质量的应用程序。
通过同时访问多个网络，该小组发现竞争会降低性能——降低传输的数据量、传输速度和信号质量。
“如果每个人同时开始使用频谱，就会产生干扰，没有人的信息可以通过。”
- 研究教授 Monisha Ghosh
这种竞争对 Wi-Fi 尤其不利。 当 LAA 也被积极使用时，Wi-Fi 用户传输的数据减少了高达 97%。 相反，当 Wi-FI 也在使用时，LAA 数据仅减少了 35%。
Ghosh 解释说，Wi-Fi 和 LAA 之间的不兼容部分归因于各自用于处理大量互联网流量的不同协议。
“如果每个人都同时开始使用频谱，就会产生干扰，没有人的信息可以通过，”Ghosh 说。 “但 Wi-Fi 和蜂窝网络已经开发出非常不同的机制来处理这个问题。”
由于 Wi-Fi 完全依赖于未经许可的频谱，因此它使用针对不可预测的需求量身定制的协议。 该协议称为“先听后说”，它模仿了一群有礼貌的聚会参与者的互动。 参与者倾听并等待对话中的间隙发言。 如果两个人同时开始说话，一个人礼貌地退后让另一个人说话，然后插话。 同样，如果多个 Wi-Fi 用户尝试同时访问网络，每个用户都会被分配一个短暂的等待时间，这些等待时间之间的随机性会降低冲突的概率。
研究生 Muhammad Rochman 使用多种设备来测试本地 Wi-Fi 网络和 LAA 的性能。 图片来源：Monisha Ghosh
相比之下，蜂窝提供商可以根据蜂窝接入预测需求，从而为每个用户分配特定的传输时间。 因此，LAA 用户更像是在安排紧凑的座谈会中的演讲者，而不是在非正式聚会中的演讲者。
当蜂窝提供商仅限于许可频谱时，协议上的这种差异几乎没有问题，但随着他们转向未经许可的频谱，LAA 采用的信道访问参数使 Wi-Fi 用户难以平等地访问媒体。 尽管 LAA 最近修改了蜂窝频段中使用的紧密调度以实现先听后说，但它仍然使用不同的参数运行。 一个关键的区别是每个系统在获得访问权后保留介质的时间：LAA 最多可以传输 10 毫秒，而 Wi-Fi 传输最多只能传输 4 毫秒。
共享频谱的竞争不仅发生在 Wi-Fi 和蜂窝提供商之间，而且还发生在每种网络类型内。
“在我们的实验中，我们将 Wi-Fi/Wi-Fi 共存与 Wi-Fi/LAA 共存进行了比较，”Ghosh 说。 “Wi-Fi/Wi-Fi 共存并不算太糟糕，因为先听后说程序，所以我们将此作为公平标准。 但 Wi-Fi/LAA 的表现更糟，我们对更糟的程度感到惊讶。”
在未来的研究中，她还希望研究不同蜂窝提供商提供的 LAA 网络如何相互竞争。
此外，Ghosh 还就如何根据她的研究更好地调整网络协议向监管机构提供建议。
“这些变化带来了更好的共存和更好的共享机制。 但还有很长的路要走，”她说。
参考：“LAA 和 Wi-Fi 共存中的隐藏节点：真实部署的测量研究”，作者：Vanlin Sathya、Muhammad Iqbal Rochman 和 Monisha Ghosh。
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该研究于 18 年 2021 月 2021 日在 IEEE 国际通信会议 (ICC XNUMX) 频谱共享研讨会上发表。
