"Donde Wi-Fi apesta" es donde un nuevo protocolo inalámbrico hace su magia

Un hombre opera una compleja interfaz de computadora.

Los investigadores de la Universidad Brigham Young han creado un nuevo protocolo de RF que funciona sobre el Wi-Fi existente del consumidor en un rango significativamente mayor. Pero antes de emocionarse demasiado, el ancho de banda del protocolo es extremadamente bajo, tanto que hace que LoRa parezca un OC-24. El protocolo, llamado ONPC, abreviatura de On-Off Noise Power Communication, actualmente especifica solo un bit por segundo.

Aunque ONPC transmite solo un bit por segundo de datos, su alcance es de 60 mo más más allá de Wi-Fi, y funciona solo con software, en hardware de Wi-Fi no modificado. Un dispositivo ONPC puede conectarse a Wi-Fi estándar cuando el alcance lo permite, volver al modo ONPC si la conexión se interrumpe y luego volver a conectarse a Wi-Fi cuando vuelva a estar disponible.

Desconectado versus sin energía

El profesor asociado de ingeniería informática de BYU, Phil Lundrigan, le dijo a Ars que la ONPC se inspiró en los problemas de un proyecto de investigación de salud no relacionado en el que había trabajado. El proyecto requirió la colocación de sensores de IoT en los hogares de los participantes del estudio para que el control de BYU sobre el medio ambiente fuera mínimo o inexistente. El proyecto también requería que los sensores informaran a los investigadores a través de Internet, utilizando cualquier Wi-Fi que los participantes del estudio tuvieran en el lugar.

Como era de esperar, el Wi-Fi doméstico de los participantes tendía a tener problemas. Los sensores no necesitaban mucha conexión, ya que solo necesitaban informar pequeñas cantidades de datos en una serie de tiempo, por lo que ponerlos en los bordes dudosos de la cubierta estaba básicamente bien. El problema que encontraron los investigadores fue que, en el límite de la cobertura, sus sensores a menudo apagaban el Wi-Fi durante horas o incluso días seguidos.

Apagar el Wi-Fi no fue necesariamente un gran problema. Los sensores eran perfectamente capaces de continuar almacenando datos localmente y enviarían todos los datos recopilados en un lote cada vez que pudieran volver a conectarse a Wi-Fi. Pero si el sensor estaba realmente apagado o roto, y por lo tanto no estaba recopilando datos, eso planteó problemas reales para el estudio.

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Esto dejó a los investigadores equilibrando la necesidad de asegurarse de que los sensores funcionaran con la probabilidad de irritar a los participantes para que abandonaran el estudio. En un caso memorable, una canasta de ropa sucia frente a un sensor fue todo lo que le impidió transmitir sus datos a los investigadores. Cuando se movió la canasta de la ropa sucia, el dispositivo se reconectó casi de inmediato al Wi-Fi de la casa y comenzó a transmitir los datos almacenados.

Afeita y corta tu cabello, dos bocados

El deseo de saber si sus sensores funcionaban, incluso si no estaban conectados, llevó a los investigadores a la idea de ONPC. 802.11 Wi-Fi requiere una señal bidireccional fuerte y lo suficientemente limpia como para establecer una tasa PHY de 1 Mbps, y si esa señal no se puede establecer, el dispositivo cliente y la infraestructura Wi-Fi son efectivamente invisibles entre sí.

Aunque un AP (punto de acceso) Wi-Fi en realidad no puede recibir tramas enviadas por un dispositivo o estación cliente Wi-Fi (STA) fuera de su alcance, es posible detectarlos buscando cambios en el ruido de RF del piso. Cuando una STA fuera del rango de AP transmite una trama, el piso de ruido aumenta. Cuando STA deja de transmitir, el nivel de ruido disminuye.

ONPC no busca datos dentro de los marcos de Wi-Fi; deduce sus datos de la presencia o ausencia de los marcos en sí, de la misma manera que conecta y desconecta un dispositivo a un interruptor y busca el código Morse en el patrón de enlace. la luz parpadea.

Un AP Wi-Fi configurado como receptor ONPC tiene patrones pseudoaleatorios preconfigurados y compartidos que lo asocian con STA configurados como transmisores ONPC. Cuando el AP detecta un patrón correspondiente en el nivel de ruido de RF, como Roger Rabbit escuchando una canción famosa golpeando la pared de su escondite, sabe que está recibiendo una comunicación de uno de sus socios de ONPC.

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En las pruebas realizadas por el investigador de BYU, las transmisiones ONPC tuvieron un efecto mínimo en la red Wi-Fi que estaban ejecutando. Las computadoras portátiles de prueba cerca del borde de la red Wi-Fi no vieron ninguna caída notable en la velocidad, ya que la sobrecarga de los fotogramas perdidos fue mayor que el impacto del transmisor ONPC. Probando computadoras portátiles muy cerca del AP, con una señal casi perfecta, se puede ver la tasa de transferencia caer en un 20% debido a las interrupciones CSMA causadas por la transmisión ONPC.

La reducción del 20% en BYU medida se compara con la ausencia de transmisión, no se compara con un dispositivo Wi-Fi conectado al mismo AP y en movimiento de datos en un rango extremo. Es razonable sospechar que la transmisión ONPC aún no consume más tiempo aire (y por lo tanto no afecta el rendimiento peor que) una conexión Wi-Fi real.

Mantenerse con vida

Dado que ONPC fue diseñado para complementar el estándar Wi-Fi 802.11, no para reemplazarlo, hay una pieza más en el rompecabezas: un controlador que decide cuándo volver a cambiar de Wi-Fi a ONPC. El equipo de BYU llamó a este controlador «Stayin ‘Alive».

Cuando una STA compatible con ONPC se desconecta de la red Wi-Fi, comienza a transmitir su símbolo de identificación ONPC. Asimismo, cuando un controlador se da cuenta de que no ha recibido datos de esta STA durante un período más largo de lo normal, enciende la funcionalidad del receptor ONPC y busca el símbolo del dispositivo faltante en el piso de ruido. Si el símbolo del dispositivo faltante está presente, el controlador sabe que el sensor está bien; si falta el símbolo, el controlador puede establecer una condición de alarma para notificar a una persona que investigue.

¿Por qué ONPC?

Numerosas alternativas compiten por la transmisión de datos de RF de largo alcance y baja velocidad, que incluyen, entre otros, LoRa, banda ancha celular, HaLow y White-Fi. Sin embargo, estos protocolos alcanzan su largo alcance en gran parte al operar a frecuencias más bajas que el Wi-Fi de consumo y requieren una infraestructura completamente separada para operar.

ONPC permite ahorros mucho mayores mediante el uso de equipos Wi-Fi existentes y ampliamente comercializados para el consumidor. Ars gastó $ 46 cada uno en un par de radios LoStik LoRa; el proyecto ONPC utilizó tarjetas mini WLAN Wemos D1, que cuestan alrededor de $ 3 cada una.