Ученые нашли способ «сжимать» информацию о состоянии беспроводного канала связи, которая передается по Wi-Fi-сетям от подключенных устройств к точке доступа. Обработка этой информации увеличивает нагрузку на сеть, из-за чего качество и скорость передачи других данных ухудшается. Новый алгоритм уменьшает объем данных о состоянии канала связи примерно на 50%. Благодаря этому он позволит повысить качество современных Wi-Fi-сетей. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале IEEE Wireless Communications Letters.
Быстрая передача больших объемов данных по сетям Wi-Fi обеспечивается тем, что в них используется технология MIMO. В ней сигналы передаются от многоантенных передатчиков (Wi-Fi-станций) к многоантенным приемникам. Однако у MIMO есть ограничение — устройство Wi-Fi должно периодически «сообщать» своей точке доступа о состоянии беспроводного канала, в частности, о том, как сигнал отражается от окружающих объектов в помещении. Такие сообщения могут «весить» сотни или тысячи байт, и даже современные системы сжатия данных не позволяют сильно уменьшить их объем. В результате нежелательные процедуры обработки данных отнимают значительную часть канальных ресурсов и времени.
Ученые из Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАН (Москва) предложили новый метод сжатия информации о состоянии канала без потерь данных. Авторы математически смоделировали процесс передачи данных с помощью технологии MIMO. Расчеты показали, что оценивать состояние беспроводного канала можно, отправляя точке доступа не результаты последовательных измерений, как это делалось раньше, а только различия между отдельными измерениями. Новый подход удобен тем, что он позволяет дополнительно сжать данные с помощью довольно простых алгоритмов кодирования.
Затем исследователи экспериментально проверили производительность предлагаемого подхода. Для этого ученые передавали сигналы с многоантенного передатчика — Wi-Fi-станции — на многоантенный приемник, который регистрировал форму сигнала. Зная исходную форму сигнала и оценивая полученную на приемнике, исследователи записали отклик устройства.
Полученные записи о состоянии беспроводного канала обрабатывались с помощью нового метода сжатия. Эксперимент показал, что он уменьшает объем информации о состоянии канала примерно на 50%. Предложенное решение имеет еще ряд преимуществ: его не только проще, чем аналоги, внедрить в стандарт сетей Wi-Fi, но и реализовать в беспроводных устройствах.
«Новый подход позволит повысить качество многопользовательских Wi-Fi-сетей, в которых требуется одновременная передача и обработка больших объемов информации», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Илья Левицкий, научный сотрудник лаборатории беспроводных сетей Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАН.
«С момента публикации нашей прошлой статьи исследование значительно углубилось. Мы поставили серии новых экспериментов, провели множество обсуждений, воспроизвели имеющиеся и создали новые методы передачи информации о канале. Нам пришлось обратиться к смежным темам, вроде теории кодирования, статистики и цифровой обработки сигнала. Это позволило получить новые ценные данные, которые будут полезны при улучшении качества беспроводных систем передачи информации», — рассказывает первый автор статьи Андрей Баранников, научный сотрудник лаборатории беспроводных сетей Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАН.
***
Больше результатов исследований грантополучателей Российского научного фонда и актуальных новостей из мира науки доступны в социальных сетях РНФ Вконтакте и Телеграм