GapSense: Por la coexistencia inalámbrica

Es frecuente que sistemas inalámbricos como Wi-Fi, ZigBee y Bluetooth compartan un mismo espacio, tanto como que interfieran entre sí, ya que estas tecnologías carecen de un método para coordinar entre ellas el uso del espectro. Ni siquiera las diferentes generaciones de Wi-Fi  disponen de esta posibilidad. Un problema que en el mejor de los casos ralentiza las redes y en el peor provoca caídas.

Para evitar estas situaciones indeseables el profesor Kang Shin y el estudiante Xinyu Zhang de la Universidad de Michigan, ahora profesor asistente de la Universidad de Wisconsin, se pusieron manos a la obra en 2011 desarrollando como resultado en julio de 2012 el software GapSense, que permite a Wi-Fi, Bluetooth y ZigBee intercambiar pulsos de energía especiales que se pueden utilizar en forma de mensajes de control de tráfico. GapSense está listo para ser implementado en los dispositivos y puntos de acceso, si consigue el apoyo de algún organismo de estandarización o la necesaria masa crítica de fabricantes dispuestos a comercializarlo.

Las redes Wi-Fi son medios inalámbricos de transmisión de datos para móviles, tablets y PC en innumerables hogares, oficinas y lugares públicos. Bluetooth es un protocolo más lento y de menor potencia utilizado para conectar periféricos sin necesidad de cables. Y ZigBee es un sistema menos potente aún presente en los dispositivos de automatización del hogar, sanidad y entornos similares. Cada una de estas tecnologías inalámbricas tiene su propio mecanismo para coordinar el uso del espectro. Y como no hablan el mismo lenguaje no pueden evitar siempre las interferencias entre sí, pese a que los tres utilicen CSMA (Carrier Sense Multiple Acess) como sistema de acceso.

“El principal problema es que Wi-Fi interfiere con Bluetooth y ZigBee, en muchas ocasiones por su mayor velocidad. Por ejemplo, un dispositivo Wi-Fi con CSMA no tiene porque temer ninguna colisión con ninguna otra transmisión aunque haya un dispositivo ZigBee próximo intentando comenzar a transmitir, ya que este tardará 16 veces más que Wi-Fi en pasar de estado inactivo a enviar paquetes”, afirma Shin. “Y cambiar el rendimiento de Zig Bee para que pueda competir con Wi-Fi podría alterar su último objetivo, que no es otro que transmitir pequeños volúmenes de datos con un muy bajo consumo de potencia y una larga duración de batería”.

Pulsos de energía
Para coordinar el uso del espectro de todos estos dispositivos inalámbricos diferentes Shin y Zhang han concebido un método de comunicación totalmente nuevo. GapSense utiliza una serie de pulsos de energía separados por intervalos, cuya longitud puede ser empleada para distinguir tipos diferentes de mensajes, tales como instrucciones para detener las transmisiones hasta que desaparezca la situación de colisión potencial. Las señales pueden ser enviadas al comienzo de la comunicación o entre los paquetes.

Cuando Shin y Zhang probaron redes inalámbricas en un entorno de oficina simulado con tráfico Wi-Fi moderado, comprobaron que se producía una tasa de colisiones del 45% entre Wi-Fi y ZigBee, y que dicha tasa se reducía a un 8% utilizando GapSense. En los casos en que recrearon el típico problema de “terminal oculto” la tasa de colisiones se redujo del 40% al 0%.

Otro posible uso de GapSense es permitir a dispositivos Wi-Fi estar alerta con menos consumo de energía. En el modo en que Wi-Fi trabaja ahora los receptores en estado inactivo tienen que “escuchar” al punto de acceso para estar preparado para recibir tráfico entrante. Con GapSense, el punto de acceso puede enviar una serie de pulsos e intervalos repetidos que el receptor pueda reconocer corriendo a una muy baja velocidad de reloj, asegura Shin. Así, sin necesidad de abandonar el estado inactivo, podrá determinar si el punto de acceso está intentando enviarle datos. Según los creadores de GapSense, esta característica podría reducir el consumo de energía de un dispositivo Wi-Fi hasta un 44%. Otra de sus ventajas es que solo exige una actualización del firmware y los drivers de los dispositivos y los puntos de acceso.

Shin y Zhang reconocen que la mejor forma de que la adopción de GapSense sea un éxito es que se convierta en estándar, pero incluso si eso no se produce nunca podría tener una buena oportunidad si algunos de los principales fabricantes de sistemas inalámbricos lo utilizasen bajo licencia.