Ekspertene svarer: IoT og wifi til gjensidig skade?

Spørsmål: Kommer wifi i hjemmet og trådløse standarder for Internet of Things som Zigbee, Z-Wave og Bluetooth til å skade ytelsen for hverandre framover? Hvordan kan det unngås?


Isabelle svarer: Alt er utviklet i siloer, noen må koordinere

Det tilkoblede hjem – "connected home" – skal gjerne ha flere applikasjoner. Dette inkluderer sikkerhet (som alarm), automatisering av funksjoner (som varme), automatiske strømmålere (AMS),  e-helse og hjelp til de eldre og kronisk syke, ogsåvidere.

Liten datamengde og høye kvalitetskrav

I motsetning til mobile bredbåndsapplikasjoner, har noen av disse applikasjonene lave krav til datarate – det er ikke store mengder data som trenger å overføres – men derimot lav toleranse for pakketap. Det vil si at informasjonen  komme frem, og man må ha en viss garanti for at den er hel. Det er svært viktig at informasjon er korrekt for å unngå feilbeslutninger i operasjoner, og at kunden mister tillit til applikasjonsleverandøren.

De fleste hjemmeapplikasjoner vil velge ISM-bånd i 2,4 og 5,8 GHz-båndene, siden mange trådløse teknologier operer på disse lisensfrie båndene. Det inkluderer IEEE 802.11 variantene, Bluetooth, sikkerhetskameraer, ZigBee, trådløse tastaturer, ogsåvidere.

Silo-utvikling av applikasjoner

Applikasjoner har tradisjonelt vært utviklet i siloer. Bak hver av disse applikasjonene finnes det en bransje som opererer nesten helt uavhengig av eksisterende infrastruktur. Det kan resultere i at flere applikasjoner bruker samme kanaler eller nabokanaler, uten at det finnes noe lokalt, overordnet system som kan håndtere prioriteringer. 

Diverse forskningsarbeid om kognitiv radio har analysert metoder for å kunne unngå denne situasjonen gjennom å ha "smart" aksess til kanaler og adaptiv bruk av kanaler. Det er flere grader på hvor smart et slik fleksibelt radio system kan være. Det kan være "spektrum agile" (med begrep som dynamisk spektrum aksess), og det kan i tillegg lære av det elektromagnetiske miljøet rundt seg for å kunne tilpasse seg automatisk til kanaler som er ledige eller har liten bruk.

Mulig løsning: En sentral, koordinerende enhet

En hjemmespektrum-manager ville være en sentral enhet, muligens på en dedikert radiokanal, som sporer opp aktivitet på frekvensbåndene. Dette separate monitoreringssystemet vil ha et dynamisk kart over de ulike trådløse enhetene i hjemmet, som viser bruken av ulike frekvensbånd til enhver tid, og en sentral kontroller med lokal nettverksintelligens for å kunne ta riktige beslutninger. For å kunne støtte sameksistens av flere ellers ukoordinerte systemer, vil en slik manager måtte:

  • Allokere spektrum slik interferens på samme kanal og nabokanal minimeres.
  • Følge en prioriteringsliste eller rettferdighets-algoritme.
  • Allokere grådige applikasjoner to nabokanaler.
  • Regulere utsendt effekt og datarate.
  • Tidsfordele applikasjoner og sette noen på "venteliste".

Noen produkter i denne retningen har blitt lansert, men hovedsakelig for bedriftsmarkedet. Funksjonene til en hjemmekontroller vil gjerne inkludere:

  • Smart utvalg av nett og frekvensbånd basert på sluttbrukerens preferanser.
  • Trafikk-management for å eventuelt rute ulik trafikk slik at kollisjoner minimeres.
  • Sømløs autentisering (alle silosystemer hører egentlig til samme person).
  • Kvalitet (Quality of Experience) som dynamisk ivaretar nettlast og device-ytelser.

Josef svarer: Wifi er verre for IoT enn motsatt

Alle trådløse systemer sender informasjon ut på gitte frekvenser. Zigbee, Z-Wave og Bluetooth bruker samme frekvensområde som wifi, det såkalte ISM-båndet ved 2,4 GHz. I utgangspunktet kan vi derfor forvente en begrensning av ytelsen.

Internet of Things-standarder tilpasser seg

Men IoT-standarder som for eksempel Bluetooth er adaptive, som vil si at de tilpasser seg. Hvis du har en ruter som sender på kanal 1, kommer Bluetooth til å sende på kanal 6 eller høyere. Årsaken til dette er at IoT-kommunikasjon blir mer forstyrret av wifi enn wifi blir forstyrret av IoT-kommunikasjon.

Wifi støyer mest for seg selv

Alt som foregår i samme ISM-kanal vil bidra til å begrense ytelsen for hverandre. Den største begrensningen kommer fra andre wifi-enheter som jobber på samme kanal eller på en nabokanal. I ISM-båndet har vi 13 kanaler, hvorav bare 3 kanaler (1,6 og 11 eller 13) ikke forstyrrer hverandre. 

For eksempel: Hvis ruteren din sender på kanal 1, og ruteren til naboen sender på samme frekvens, vil både ruterne og dingsene på de to nettverkene forstyrre hverandre. Denne forstyrrelse blir mindre og mindre hvis ruteren din skifter til kanal 2, 3, eller 4. Det er rimelig få forstyrrelser mellom kanal 1 og kanal 5, men først fra kanal 6 og oppover har man ingen forstyrrelse med data som kommer fra kanal 1.
I tettbygde strøk er det ofte ikke mulig til å sende bare på kanaler 1, 6, og 13. Her må man avveie graden av forstyrrelse. Minst forstyrrelse har man ved å sette opp ruteren slik at den bruker en kanal som er veldig svak.

Andre frekvenser for andre systemer

Andre trådløse systemer, som automatiske strømmålere, sender informasjon på helt andre frekvenser, gjerne 433 MHz eller 868 MHz. Disse frekvensene blir ikke brukt av wifi, og vil dermed ikke skade ytelsen. Ulempen er at 433 og 868 MHz har svært begrenset båndbredde, og derfor ikke kan støtte mye trafikk.

Møt ekspertene

Professor Josef Noll, UiO

Professor Josef Noll

Josef er spesialist på trådløse og mobile nettverk og sikkerhet, ansatt ved Institutt for informatikk. Brenner for allmenn internettilgang som leder for Basic Internet Foundation. Leder også forskningsprosjektet IoTSec - Security in IoT for Smart Grids.

Josef på LinkedIn

@josefnoll på Twitter

Seniorforsker Isabelle Tardy, SINTEF

Isabelle Tardy er seniorforsker ved SINTEF og medlem av Wifi-sentralens ekspertpanel

Isabelle er spesialist på radiokommunikasjon og nettverksarkitektur og seniorforsker i SINTEFs avdeling for kommunikasjonssystemer. Hun har mange års erfaring med norsk og internasjonal nettverksforskning og leder det nasjonale prosjektet 5G-Special Interest Group

Isabelle på LinkedIn

Geir Arne Rimala, teknisk sjef i Eye Networks

Geir Arne Rimala

Geir Arne er ekspert på IP-nettverk, internettjenester og wifi. Han er også en erfaren kundeproblemløser, pedagogisk anlagt og en populær kursleder og foredragsholder. 

Geir Arne på LinkedIn

Still spørsmål

Noe du lurer på om trådløst og vil ha et svar som går litt i dybden? Spør ekspertene! 

Kontakt oss på hello@eyenetworks.no eller på @eye_networks på Twitter.

Les ekspertenes svar

Oppdatert 24.03.2018