Без потерь данных. Ученые избавили Wi-Fi-сети от лишней «информационной нагрузки»

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.

Новый подход позволит повысить качество многопользовательских Wi-Fi-сетей, в которых требуется одновременная передача и обработка больших объемов информации.

• Илья Левицкий, научный сотрудник лаборатории беспроводных сетей Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАН

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.

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.

• Андрей Баранников, первый автор статьи, научный сотрудник лаборатории беспроводных сетей Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАН

Изображение на обложке: РНФ