В нашем блоге мы часто говорим об устройстве различных сетевых протоколов. Сегодня расскажем об ONPC, который расширяет возможности Wi-Fi-сетей. Под катом о том, как он работает.
/ Unsplash / Jadon Kelly
Инженеры из Университета Бригама Янга в США работали над исследовательским проектом в сфере медицины, который требовал установки датчиков в домах участников эксперимента. Датчики передавали данные мониторинга по Wi-Fi и размещались на границе приема роутера.
Иногда IoT-устройства «выпадали» из сети на продолжительное время. Однажды работе датчика помешала корзина с бельем — она заблокировала сигнал. Поэтому специалистам из вуза понадобился механизм, который определял, работоспособно устройство или сломалось и его нужно заменить.
Решением стал новый RF-протокол ONPC — On-Off Noise Power Communication. Он работает поверх 802.11 Wi-Fi и определяет статус устройства на основании частотных колебаний в сетевом шуме. Новый подход позволил работать с гаджетами, которые установлены за пределами стандартного радиуса подключения Wi-Fi-роутера и удалены от него на 67 метров.
Когда датчик передает данные, общий уровень шума в беспроводной сети возрастает. И наоборот, шум уменьшается, когда трансляция пакетов прекращается. Инженеры университета разработали программный контроллер для роутеров, который учитывает эту особенность при мониторинге сети.
Систему назвали Stayin' Alive и она управляет функциональностью ONPC. Когда контроллер понимает, что давно не получал данные от IoT-устройства, он переключает роутер в режим ONPC и ищет в эфире специальный идентификационный шум. Этот шум формируется за счет включения и выключения трансмиттера смарт-девайса через определенные промежутки времени.
Последовательность транслируется каждый раз, когда IoT-устройство отключается от Wi-Fi. Когда контроллер обнаруживает в эфире соответствующий идентификатор, то делает вывод, что девайс исправен — просто не сети. В противном случае он направляет уведомление администратору о потенциальной поломке.
Разработчики говорят, что их протокол пока обладает низкой пропускной способностью — он передает всего один бит за секунду. Однако они продолжат работу над технологией. В перспективе система найдет применение не только как механизм мониторинга работоспособности умных устройств.
На её основе можно построить датчики гаражных ворот, мониторы качества воздуха, системы орошения и многие другие небольшие смарт-гаджеты. Им вполне достаточно однобитного канала, чтобы включаться и выключаться.
Авторы также отмечают, что в некоторых случаях ONPC может снижать пропускную способность сети на 20%. Всему виной технология множественного доступа CSMA, которая приостанавливает передачу кадров при смене режима роутера. Хотя скорость падает только для устройств в непосредственной близости от точки доступа Wi-Fi.
Помимо ONPC, существуют и другие решения для передачи данных на большие расстояния. Среди наиболее перспективных можно отметить MAC-протокол LoRaWAN, который используют для сбора данных с гаджетов интернета вещей: счётчиков и сенсоров. В конце лета инженеры из Испании побили рекорд дальности передачи для LoRaWAN-устройств. Они отправили пакет на расстояние в 766 километров. Трансляция велась с аэростата на базовую станцию на лыжном курорте в горах.
/ Unsplash / Webaroo
Но хотя протокол LoRaWAN и способен передавать данные на значительно большие расстояния, чем Wi-Fi, он использует более низкие частоты и требует специфической инфраструктуры для работы.
ONPC, в свою очередь, совместим с обычными роутерами. Команда инженеров из Университета Бригама Янга даже отмечает, что в перспективе их решение можно применить к другим беспроводным технологиям, например Bluetooth. Правда, пока неизвестно, как протокол проявит себя в среде с сильным «шумовым загрязнением» вроде торговых центров, где сконцентрировано большое количество смартфонов.
/ Unsplash / Jadon Kelly
Как появился протокол
Инженеры из Университета Бригама Янга в США работали над исследовательским проектом в сфере медицины, который требовал установки датчиков в домах участников эксперимента. Датчики передавали данные мониторинга по Wi-Fi и размещались на границе приема роутера.
Иногда IoT-устройства «выпадали» из сети на продолжительное время. Однажды работе датчика помешала корзина с бельем — она заблокировала сигнал. Поэтому специалистам из вуза понадобился механизм, который определял, работоспособно устройство или сломалось и его нужно заменить.
Решением стал новый RF-протокол ONPC — On-Off Noise Power Communication. Он работает поверх 802.11 Wi-Fi и определяет статус устройства на основании частотных колебаний в сетевом шуме. Новый подход позволил работать с гаджетами, которые установлены за пределами стандартного радиуса подключения Wi-Fi-роутера и удалены от него на 67 метров.
Как он работает
Когда датчик передает данные, общий уровень шума в беспроводной сети возрастает. И наоборот, шум уменьшается, когда трансляция пакетов прекращается. Инженеры университета разработали программный контроллер для роутеров, который учитывает эту особенность при мониторинге сети.
Систему назвали Stayin' Alive и она управляет функциональностью ONPC. Когда контроллер понимает, что давно не получал данные от IoT-устройства, он переключает роутер в режим ONPC и ищет в эфире специальный идентификационный шум. Этот шум формируется за счет включения и выключения трансмиттера смарт-девайса через определенные промежутки времени.
Пара материалов из нашего блога на Хабре:
Последовательность транслируется каждый раз, когда IoT-устройство отключается от Wi-Fi. Когда контроллер обнаруживает в эфире соответствующий идентификатор, то делает вывод, что девайс исправен — просто не сети. В противном случае он направляет уведомление администратору о потенциальной поломке.
Особенности ONPC
Разработчики говорят, что их протокол пока обладает низкой пропускной способностью — он передает всего один бит за секунду. Однако они продолжат работу над технологией. В перспективе система найдет применение не только как механизм мониторинга работоспособности умных устройств.
На её основе можно построить датчики гаражных ворот, мониторы качества воздуха, системы орошения и многие другие небольшие смарт-гаджеты. Им вполне достаточно однобитного канала, чтобы включаться и выключаться.
Авторы также отмечают, что в некоторых случаях ONPC может снижать пропускную способность сети на 20%. Всему виной технология множественного доступа CSMA, которая приостанавливает передачу кадров при смене режима роутера. Хотя скорость падает только для устройств в непосредственной близости от точки доступа Wi-Fi.
Аналогичные решения
Помимо ONPC, существуют и другие решения для передачи данных на большие расстояния. Среди наиболее перспективных можно отметить MAC-протокол LoRaWAN, который используют для сбора данных с гаджетов интернета вещей: счётчиков и сенсоров. В конце лета инженеры из Испании побили рекорд дальности передачи для LoRaWAN-устройств. Они отправили пакет на расстояние в 766 километров. Трансляция велась с аэростата на базовую станцию на лыжном курорте в горах.
/ Unsplash / Webaroo
Но хотя протокол LoRaWAN и способен передавать данные на значительно большие расстояния, чем Wi-Fi, он использует более низкие частоты и требует специфической инфраструктуры для работы.
ONPC, в свою очередь, совместим с обычными роутерами. Команда инженеров из Университета Бригама Янга даже отмечает, что в перспективе их решение можно применить к другим беспроводным технологиям, например Bluetooth. Правда, пока неизвестно, как протокол проявит себя в среде с сильным «шумовым загрязнением» вроде торговых центров, где сконцентрировано большое количество смартфонов.
О чем мы пишем в корпоративном блоге VAS Experts:
Комментарии (5)
Serge78rus
22.12.2019 13:03Они отправили пакет на расстояние в 766 километров. Трансляция велась с реостата на базовую станцию на лыжном курорте в горах.
В эпоху, когда «любой утюг» имеет возможность обмена данными по Wi-Fi, почему бы эту возможность не заложить и в реостат. Но в оригинальной статье речь все же шла про стратостат.
sim2q
22.12.2019 22:09Плюсанул за реостат с IoT хотя и возможности нет, но как в анекдоте: «Что б руку не сбивать» привыкшую на др ресурсе...)
Griboks
Имеется ввиду многолучевое распространение сигналов? Я слышал, что это называют помехами.
Я правильно понял, что они формируют сверхширокополосный сигнал, который распознаётся ниже уровня шума за счёт корреляции с заранее «вшитой» последовательностью? А как этот сигнал влияет на ЭМС с другими устройствами?
mediaman
Как я понял, да, IoT-устройство включается и выключается по шаблону, который заранее известен. В результате сетевой шум (помехи), также изменяется по этому же шаблону. Точка приема «ищет» эту последовательность с помощью предельной функции и определяет работает девайс или сломался.