(图片来源于:Jason Dorfman/MIT CSAIL)
                   

引言

无线频谱资源是有限的,但无线通信设备的增长却是无限的。所以,由于频谱资源短缺,网络拥堵现象愈发严重。为了应对这一问题,麻省理工学院(MIT)计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)Dina Katabi教授带领的团队,在一项论文中展示了“MegaMIMO 2.0”的系统,相对于现有Wi-Fi系统,数据传输速率提升至3倍以上,信号传输范围提升至2倍。

网络拥堵问题

在大型展会、会议、电影院、音乐会现场,由于人员众多,无线设备密集,所以经常发生网络拥堵。也就是,手机Wi-Fi经常出现无法连接,或者速度很慢的情况,例如:在一次iPhone4的演示会上,乔布斯也曾由于网络拥堵问题,不得不暂停演示。显然,我们每个人也都遇到过这种类似情况,在网络拥堵时,Wi-Fi基本上没法接收数据。

MegaMIMO 2.0系统简介

面对网络拥堵和屏幕资源短缺,也许我们会想到使用增加发射器的方法来解决,但是,有一个重要问题,就是多个发射器之间会存在干扰。这样,我们就必须让所有的接入点(AP),之间相互同步,有效的利用现有的频谱资源,且不产生干扰。

所以,研究人员开发了MegaMIMO 2.0系统,据说即将商用,其关键功能点在于:在同样的频率下,同时协调多个接入点,而且不产生干扰。所以,它可以动态提高无线网络的速度和能力,特别是针对例如音乐会、展示会和足球比赛这些容易产生网络拥堵的场所。

MegaMIMO 2.0的硬件,和标准路由器差不多大,由处理器,实时基带处理系统和信号收发器板组成。

为了测试MegaMIMO 2.0的性能,研究人员创建了一个模拟会议室,其中具有4个独立的接收器和4个独立的AP。结果发现该系统的数据传输率可提高至现有系统的330%。


(图片来源于:MIT CSAIL)

原理详解

在网络拥堵的环境下,两个接入点(AP),同时同频传输,会引起干扰。AP可以通过轮流传输来解决这个问题,但是这样又带来了低数据传输率。


(图片来源于:MIT CSAIL)

研究人员的试验中,没有MegaMIMO技术的系统,不同AP之间会出现相互干扰的情况,如下图所示:

(图片来源于:MIT CSAIL)

而MegaMIMO系统,让多个AP可以在“同时同频”下传输,且不引起干扰,从而在拥堵的网络中高速传输数据。

(图片来源于:MIT CSAIL)

MegaMIMO系统,不同AP之间,同步相位,消除了相互干扰,如下图所示:

(图片来源于:MIT CSAIL)


这些年,CSAIL团队研究人员一则在寻找方案,同时协调几个路由,使得它们更一致更快的传输数据。重点来说,就是协调多个传送器,同步它们的相位。为此,团队开发了特殊的信号处理算法,在同一频率下,让多个独立发射机,向多个独立接收机传输数据,且相互之间不干扰。

研究的意义及未来展望

因为频谱资源短缺,提高无线通信容量的唯一途径,就是增加更多的接入点和分布式的MIMO解决方案。但是,很长时间,人们对于这项技术实用性怀疑都存在怀疑。然而,Katabi团队通过MIMO网络的实验,打消了人们的顾虑。

这项技术,同样也可以应用于蜂窝网络,解决用户打电话时发生拥堵问题。团队也在扩展MegaMIMO 2.0技术,一次可以协调几十个路由器,从而带来更快的数据传输速度。

不久的未来,这项技术可应用于校园,会议,大型比赛现场,以提供高质量,高速度的Wi-Fi网络服务,其市场价值和前景值得期待。也许,我们很快可以看到商用案例。

参考资料

【1】http://dl.acm.org/citation.cfm?doid=2934872.2934905

【2】http://conferences.sigcomm.org/sigcomm/2012/slides/session6/02new-megamimo-sigcomm2012-v2.pdf

【3】http://groups.csail.mit.edu/netmit/wordpress/wp-content/themes/netmit/papers/megamimo-sigcomm2012.pdf

【4】http://news.mit.edu/2016/solving-network-congestion-megamimo-0823


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MegaMIMO 2.0: 有效解决Wi-Fi网络拥堵问题
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