Ранвир Чандра Microsoft Research
РАНВИР ЧАНДРА: «Эффективная и точная идентификация неиспользуемых каналов обещает существенно расширить частотный диапазон, доступный для Wi-Fi. Причем нужнее всего дополнительные частоты именно в помещениях»
Источник: Microsoft

Интерес к частотным пробелам вырос с 2008 года, когда Федеральная комиссия по связи США (Federal Communications Commission, FCC ) разрешила безлицензионное использование радиоустройствами свободных частот, выделенных для телеканалов VHF- и UHF-диапазона. Спустя время регулирующие органы некоторых других стран последовали примеру FCC. Прежде чем занять такой канал, устройство, — например оборудование Wi-Fi, работающее в диапазоне 5 ГГц, — должно удостовериться, что он свободен.

Проект Microsoft касается использования частотных пробелов в помещениях. Исследователи разработали и реализовали алгоритмы анализа показаний радиочастотных датчиков, создав на их основе систему поиска и отслеживания незанятых каналов. Она получила название White-space Indoor Spectrum EnhanceR (WISER). С ее помощью, утверждают разработчики, можно находить на 30-50% больше незанятых частот, чем альтернативными методами, большинство из которых было разработано для открытого пространства.

Доклад о проекте и прототипе системы можно свободно скачать на сайте Microsoft. Авторы — Ранвир Чандра из Microsoft Research и группа исследователей из Китайского университета Гонконга.

Для обнаружения и анализа незанятых каналов используется размещенная в здании группа радиочастотных датчиков. Их показания наряду с информацией о местонахождении точек доступа и клиентских устройств хранятся в геолокационной базе данных. Алгоритмы WISER составляют характеристику радиоэфира в конкретном здании и определяют оптимальные места размещения датчиков, объясняет Чандра.

Для создания прототипа системы разработчики воспользовались платформой программно управляемых приемопередатчиков Universal Software Radio Peripheral, но, по словам Чандры, это могут быть любые анализаторы спектра с низким уровнем шума (на рынке таких достаточно). На датчиках исполнялась несложная программа для связи с геолокационной базой по HTTP.

Как подчеркивают разработчики, одно из главных преимуществ WISER в том, что клиентскому устройству не нужно самостоятельно выполнять поиск частотных пробелов. Система определяет местонахождение клиента с помощью какой-либо технологии позиционирования, разработанной для помещений, — например, с использованием Wi-Fi или Bluetooth, и передает результат в базу геолокации. В ответ та возвращает перечень незанятых каналов, доступных в этом месте, и клиентское устройство пользуется одним из них для соединения с сетью, комментирует Чандра.

Как полагают разработчики, для простоты систему WISER можно будет встраивать в точки доступа Wi-Fi. Еще один вариант — заранее размещать в зданиях компактные датчики WISER, подключаемые к обычным электророзеткам. Они будут искать частотные пробелы и передавать информацию о них в базу данных — либо по электропроводке с помощью соответствующей технологии, либо по Wi-Fi.

Эффективная и точная идентификация неиспользуемых каналов обещает существенно расширить частотный диапазон, доступный для Wi-Fi. Причем нужнее всего дополнительные частоты именно в помещениях, убежден Чандра. В Гонконге было проведено полугодичное исследование, установившее, что в помещениях примерно на 40% больше частотных пробелов, чем на открытом воздухе. Однако, уточняет Чандра, до сих пор большинство исследований по частотным пробелам было ориентировано на открытые пространства.

Microsoft Research и гонконгские инженеры сотрудничают с 2010 года. В числе прочего ими проводилось совместное исследование, посвященное возможным применениям незанятых частот.

FCC разрешает пользоваться двумя методами распознавания свободных каналов: зондирование диапазона с помощью приемопередатчика клиентского устройства и опрос геолокационного веб-сервиса. Согласно докладу о WISER, шире всего применятся второй из них, поскольку зондировать частотный диапазон затратно, и при использовании маломощного серийного оборудования может страдать точность.

Метод геолокации не требует специального оборудования и проще в реализации, но, по мнению исследователей, низкоэффективен. Причина — для идентификации каналов, доступных в конкретном месте, такие сервисы полагаются на теоретическое моделирование распространения сигнала, а не на точные данные, поэтому надежность их информации недостаточна.

В июле 2013 года FCC дала разрешение на использование базы данных по пробелам в телевизионном диапазоне частот, созданной в компании Google.

WISER, по сути, пользуется обоими методами, но при этом обходит их недостатки. Недорогие частотные датчики позволяют точно и незатратно обнаруживать свободные каналы в помещениях, а использование базы геолокации освобождает клиентские устройства от необходимости самостоятельно зондировать частоты.

WISER была разработана с расчетом на минимизацию стоимости частотных датчиков и повышение точности распознавания свободных каналов без создания помех. Прототип сети WISER был развернут в одном из зданий кампуса Китайского университета Гонконга.

Согласно докладу, прототип распознает высоконадежные каналы посредством долговременного зондирования частотных пробелов и следит за доступностью каналов низкой и нормальной надежности с медленно меняющимися характеристиками. Исследователи также выяснили, что для каждого частотного пробела существует устойчивая корреляция доступности и надежности между различными точками. Другими словами, можно судить о наличии свободных каналов в том или ином месте, похожем по характеристикам на другие места, где уже проводилось зондирование.

Кроме того, сделан вывод о том, что характеристики частотных пробелов в помещениях иные, чем на открытом воздухе. В частности, в помещениях обычно шире диапазон свободных телевизионных частот, что позволяет организовать связь с высокой пропускной способностью.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями