Nuevo semáforo regula el tráfico de información entre dispositivos WiFi

Según un estudio de la Asociación de la Industria Wireless en Estados Unidos (CTIA), actualmente existen más de 321 millones de teléfonos móviles, portátiles y tabletas con conexión inalámbrica en el país, lo que equivale a más de un terminal por persona. Eso sin contar con dispositivos Bluetooth, centrales de alarma inalámbricas, sensores con nodo ZigBee u otros sistemas que se valen de estas redes Wi-Fi y que acaban por sobresaturarlas.

Al emitir vía radio, el exceso de equipos conectados hace que se obstruyan las ondas, provocando interrupción de llamadas, ancho de banda desperdiciado o conexiones frustradas. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Michigan (MU), en Estados Unidos, ha desarrollado un software que actúa como semáforo en esas redes, para controlar el tráfico en las comunicaciones y reducir drásticamente las interferencias.

Según explica la MU en un comunicado, el nuevo software, bautizado como GapSense, permite a estos dispositivos que normalmente no pueden comunicarse entre ellos intercambiar simples mensajes de parada o advertencia para evitar, o al menos reducir en lo posible, que sus transmisiones de datos colisionen.

Para ello la herramienta genera un lenguaje común de pulsos e intervalos de energía que se convierte en un auténtico sistema de alertas. Los dispositivos los enviarían al inicio de la comunicación o durante la transmisión de datos, de forma que los aparatos próximos conocieran sus planes.

El trabajo, financiado por la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos, se presenta esta semana en la Conferencia Internacional IEEE sobre Comunicaciones Informáticas en Turín, Italia, un foro centrado en esta edición en la gestión del tráfico y protocolos tanto para redes cableadas como inalámbricas.

Mismo espectro, lenguajes diferentes

“Se supone que todos estos dispositivos deben desempeñar sus funciones, pero están usando la misma carretera y luchan por el mismo espacio", destacó Kang Shin, profesor de Ciencias de la Computación en la UM y coordinador de la investigación. “Como no tienen un medio directo de comunicación con los demás, al utilizar protocolos diferentes, pensamos en un sistema que permita a cada uno realizar sus funciones y reducir al mínimo la interferencia con los otros”, añadió.

Así, tras probar GapSense en algunas redes con diversos dispositivos, el resultado fue satisfactorio, reduciendo interferencias en más de un 88 por ciento de los casos.

El problema se produce principalmente entre protocolos de comunicación como Bluetooth y ZigBee, que usan el mismo espectro inalámbrico, pero con lenguajes diferentes. Bluetooth, con menor alcance y potencia, se utiliza por ejemplo para conectar auriculares y teclados en teléfonos y ordenadores, mientras la velocidad del ZigBee se hace insuficiente para estas tareas, destinándose a usos como la domótica, alarmas de seguridad, iluminación y termostatos. También se encuentra en hospitales, para recopilar datos médicos de los pacientes.

Todos estos dispositivos ya están equipados con el estándar de Acceso Múltiple por Detección de Portadora (CSMA, por las siglas en inglés de Carrier Sense Multiple Access), el protocolo para evitar colisiones. A través de un algoritmo, el equipo comprueba si hay otro terminal enviando datos. En caso de no ser así puede transmitir, pero si no debe esperar un tiempo aleatorio y transcurrido este, volver a comprobar si el canal está ocupado por otra transmisión.

Sin embargo, este sistema a menudo no funciona. Cada dispositivo tiene un retardo diferente entre la escucha y la transmisión, por lo que, a pesar del uso de CSMA, las colisiones son inevitables, pues se puede entender que un canal está libre y empezar a emitir de forma simultánea a otro.

Es lo que sucede con los terminales que usan ZigBee, que tarda 16 veces más que WiFi en prepararse a partir de su estado de reposo para transmitir información, creando confusión. “El hombre pequeñito podría estar hablando, pero el grande no puede oírle”, explica Shin, quien lamenta que de esta forma “se destruye la comunicación con el pequeño”.

Este es uno de los posibles problemas que GapSense podría remediar. Los investigadores probaron el software en un entorno de oficina simulada. Con un tráfico inalámbrico moderado, detectaron una tasa de colisión del 45 por ciento entre ZigBee y WiFi, que GapSense redujo al ocho por ciento.

Torre de Babel

El software podría también tratar el llamado "terminal oculto”, un problema que se produce entre dispositivos que usan ancho de banda diferente. En estos casos la interferencia es aún mayor, al no existir suficiente espacio de banda para acomodar dos canales sin que se solapen. Esto no quiere decir que no puedan funcionar conjuntamente, si no que interferirían entre ellos en cuanto exista solapamiento, reduciendo por tanto el rendimiento de la red.

Sin embargo, GapSense permitiría hablar por turnos a estos terminales, evitando así la habitual comunicación superpuesta. Con un tráfico WiFi moderado, los investigadores detectaron una tasa de colisión alrededor del 40 por ciento entre dispositivos con diferentes anchos de banda, mientras GapSense lo redujo prácticamente a cero.

Al mismo tiempo la herramienta podría reducir el consumo de energía en terminales WiFi en un 44 por ciento, funcionando con frecuencias de reloj más bajas. De esta forma, el transmisor WiFi más rápido enviaría un mensaje de alerta al receptor más lento a tiempo para sincronizarse y recoger un paquete de información.

Para Shin, el impacto de GapSense es “enorme”, asegurando que podría ser la “Torre de Babel” en un mundo de dispositivos inalámbricos cada vez más diversificado.

De momento la MU está llevando a cabo la protección de patentes para la propiedad intelectual y buscando socios de comercialización para colocar la tecnología en el mercado cuanto antes.