Ein Durchbruch bei der Bandbreite

Akademische Forscher haben die drahtlose Bandbreite um eine Größenordnung verbessert – nicht durch das Hinzufügen von Basisstationen, das Anzapfen von mehr Spektrum oder das Erhöhen der Senderleistung, sondern durch die Verwendung von Algebra, um die das Netzwerk blockierende Aufgabe des erneuten Sendens von verlorenen Datenpaketen zu beseitigen.

Durch die Bereitstellung neuer Möglichkeiten für mobile Geräte, fehlende Daten zu beheben, eliminiert die Technologie nicht nur diesen verschwenderischen Prozess, sondern kann auch Datenströme von Wi-Fi und LTE nahtlos verweben – ein Sprung nach vorn gegenüber anderen Ansätzen, die hin und her wechseln. Jedes IP-Netzwerk profitiert von dieser Technologie, sagt Sheau Ng, Vizepräsident für Forschung und Entwicklung bei NBC Universal.

Mehrere Unternehmen haben die zugrunde liegende Technologie in den letzten Monaten lizenziert, aber die Details unterliegen Geheimhaltungsvereinbarungen, sagt Muriel Medard, Professorin am Research Laboratory of Electronics des MIT und führend in den Bemühungen. Elemente der Technologie wurden von Forschern des MIT, der Universität Porto in Portugal, der Harvard University, des Caltech und der Technischen Universität München entwickelt. Die Lizenzierung erfolgt über ein MIT/Caltech-Startup namens Code-On-Technologien .



Das zugrunde liegende Problem ist riesig und wächst weiter: An einem typischen Tag in Boston werden beispielsweise 3 Prozent der Pakete aufgrund von Störungen oder Überlastung verworfen. Verworfene Pakete verursachen selbst Verzögerungen und erzeugen dann neuen Hin- und Her-Netzwerkverkehr, um diese Pakete zu ersetzen, was das ursprüngliche Problem verschlimmert.

Die praktischen Vorteile der Technologie, bekannt als codiertes TCP, wurden kürzlich bei einer Testfahrt mit einem Zug von New York nach Boston Acela, der für seine schlechte Konnektivität berüchtigt ist, gesehen. Durch die Erhöhung ihrer verfügbaren Bandbreite – der Datenmenge, die in einem bestimmten Zeitraum übertragen werden kann – konnten Medard und seine Schüler ruckelfreie YouTube-Videos ansehen, während einige andere Passagiere Schwierigkeiten hatten, online zu gehen. Sie fragten uns ‚Wie hast du das gemacht?‘ und wir sagten ‚Wir sind Ingenieure!‘, scherzt sie.

Strengere Laborstudien haben große Vorteile gezeigt. Beim Testen des Systems in Wi-Fi-Netzwerken am MIT, wo normalerweise 2 Prozent der Pakete verloren gehen, stellte Medards Gruppe fest, dass eine normale Bandbreite von einem Megabit pro Sekunde auf 16 Megabit pro Sekunde erhöht wurde. In einer Situation, in der die Verluste 5 Prozent betrugen – üblich in einem schnell fahrenden Zug – erhöhte die Methode die Bandbreite von 0,5 Megabit pro Sekunde auf 13,5 Megabit pro Sekunde. In einer Situation ohne Verluste gab es wenig bis gar keinen Nutzen, aber verlustfreie Wireless-Szenarien sind selten.

Medards Arbeit ist ein wichtiger Durchbruch, der verspricht, Bandbreite und Erlebnisqualität für Mobilfunknutzer mit schlechter Signalabdeckung deutlich zu verbessern, sagt Dipankar Ray Raychaudhuri, Direktor der Winlab an der Rutgers University (siehe Pervasive Wireless). Er geht davon aus, dass die Technologie innerhalb von zwei bis drei Jahren weit verbreitet sein wird.

Um die Technologie zwischenzeitlich zu testen, richtete Medards Gruppe Proxy-Server in der Amazon-Cloud ein. IP-Datenverkehr wurde an Amazon gesendet, verschlüsselt und dann als Anwendung auf Telefonen entschlüsselt. Der Nutzen könnte noch größer sein, wenn die Technologie direkt in Sender und Router eingebaut würde, sagt sie. Es könnte auch verwendet werden, um den über Wi-Fi- und Mobilfunknetze kommenden Datenverkehr zusammenzuführen, anstatt Geräte zu zwingen, zwischen den beiden Frequenzen zu wechseln.

Die Technologie verändert die Art und Weise, wie Datenpakete gesendet werden. Anstatt Pakete zu senden, sendet es algebraische Gleichungen, die eine Reihe von Paketen beschreiben. Wenn also ein Paket verloren geht, kann das empfangende Gerät das fehlende Paket selbst beheben, anstatt das Netzwerk aufzufordern, es erneut zu senden. Da die beteiligten Gleichungen einfach und linear sind, ist die Verarbeitungslast eines Telefons, Routers oder einer Basisstation vernachlässigbar, sagt Medard.

Es bleibt abzuwarten, ob die im Labor erzielten Fortschritte bei einem vollständigen Einsatz erzielt werden können, aber die Tatsache, dass die Verbesserungen so groß waren, deutet auf einen Durchbruch hin, sagt Ng, die NBC-Führungskraft, die nicht an der Forschung beteiligt war. Wenn Sie im Labor nur einen kleinen Verbesserungsspielraum finden, werden die Ingenieure skeptisch sein. Wenn man sich ansieht, was sie im Labor gemacht haben, ist es sicherlich eine Verbesserung in der Größenordnung – und das ist sicherlich sehr ermutigend, sagt Ng.

Wenn die Technologie in groß angelegten Bereitstellungen wie erwartet funktioniert, könnte sie dazu beitragen, eine Frequenzknappheit zu verhindern. Cisco Systems sagt, dass der mobile Datenverkehr bis 2016 um das 18-fache zunehmen wird – und Bell Labs geht noch weiter und prognostiziert ein Wachstum um den Faktor 25. Die US-amerikanische Federal Communications Commission hat angekündigt, dass das Spektrum der verfügbaren drahtlosen Frequenzen innerhalb weniger Monate erschöpft sein könnte Jahre.

Medard hört nicht auf zu sagen, dass die Technologie eine Spektrumskrise verhindern wird, stellt jedoch fest, dass das aktuelle System grob ineffizient ist. Sicherlich gibt es sehr gravierende Ineffizienzen, die behoben werden sollten, bevor man in Erwägung zieht, weitere Ressourcen zu erwerben, sagt sie.

Sie sagt, dass, als ihre Gruppe auf der Acela online ging, das YouTube-Video, das sie sich ansahen, von College-Studenten war, die eine reale Version des Videospiels Angry Birds spielten. Die Qualität des Videos war gut. Die Qualität des Inhalts – wir haben es noch nicht gelöst, sagt Medard.

verbergen