代數方法讓帶寬提高10倍！

大學(xué)研究人員把無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的帶寬提高了一個(gè)數量級，這樣的提升既不是通過(guò)增加基站，或占用更多頻譜得到的，也不是依靠提高發(fā)射功率，只是利用代數方法消除了重復發(fā)送丟失數據包所帶來(lái)的網(wǎng)路阻塞。

通過(guò)為移動(dòng)設備提供新方法來(lái)解決丟失數據的問(wèn)題，這種技術(shù)不僅去除了浪費帶寬的處理過(guò)程，而且也可以把來(lái)自Wi-Fi和LTE的數據流無(wú)縫整合在一起——相對于其他要來(lái)回切換的方法來(lái)說(shuō)是一個(gè)飛躍。“任何IP網(wǎng)絡(luò )都可以從這項技術(shù)中獲益，” NBC環(huán)球的研發(fā)副總裁Sheau Ng說(shuō)。

據領(lǐng)導此項研究的麻省理工電子研究實(shí)驗室教授Muriel Medard稱(chēng)，在最近幾個(gè)月，已經(jīng)有數家公司獲得了相關(guān)技術(shù)的授權，但細節受限于保密協(xié)議還不能公布。此技術(shù)的要素是由麻省理工、葡萄牙波爾圖大學(xué)、哈佛大學(xué)、加州理工，以及慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究者共同開(kāi)發(fā)的。技術(shù)授權通過(guò)麻省理工與加州理工合作創(chuàng )辦的一家名為 Code-On Technologies的創(chuàng )業(yè)公司進(jìn)行。

此技術(shù)要解決的問(wèn)題十分重大而且日趨嚴重：例如，在波士頓平常的一天中，有3%的數據包會(huì )由于干擾或擁擠而丟失掉。丟失的數據包不但導致自身的延遲，還會(huì )產(chǎn)生新的往返網(wǎng)絡(luò )流量來(lái)代替這些數據包，從而加劇原有的問(wèn)題。

這項名為編碼TCP的技術(shù)的實(shí)在好處在紐約到波士頓的Acela列車(chē)上得到了展現。這趟車(chē)一直以網(wǎng)絡(luò )連接狀況差而著(zhù)稱(chēng)。通過(guò)增加有效帶寬——即單位時(shí)間內傳送的數據量，Medard和學(xué)生們可以流暢地觀(guān)看YouTube視頻，而其他一些乘客卻在奮力掙扎，試圖連接上網(wǎng)絡(luò )。“他們問(wèn)我們‘你們怎么做到的？’我們回答‘我們是工程師！’”她開(kāi)玩笑說(shuō)。

更多嚴格的實(shí)驗室研究展示了新技術(shù)的巨大作用。Medard的研究組在麻省理工通常丟包率為2%的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )中對系統進(jìn)行了測試，發(fā)現通常為1Mb/s的帶寬可以擴展到16Mb/s。在丟包率為5%的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，例如高速移動(dòng)的列車(chē)上，這種方法可以把帶寬從0.5Mb/s擴展到13.5Mb/s。在丟包率為0的情況下，此技術(shù)就幾乎沒(méi)有任何好處了，但不丟包的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是很罕見(jiàn)的。

Medard的工作“是一個(gè)重要的突破，有望顯著(zhù)提高帶寬和蜂窩數據用戶(hù)在信號覆蓋不佳情況下的體驗質(zhì)量，”羅格斯大學(xué)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗室主任Dipankar Ray Raychaudhuri說(shuō)。他預計這種技術(shù)在未來(lái)的2到3年內將會(huì )獲得廣泛的應用。

為了在此期間測試該技術(shù)，Medard的研究組在亞馬遜云上設立了代理服務(wù)器。IP網(wǎng)絡(luò )流量被送到亞馬遜進(jìn)行編碼，然后作為手機上的一個(gè)應用進(jìn)行解碼。她說(shuō)，如果把此項技術(shù)直接內建在發(fā)射器和路由器上，將會(huì )帶來(lái)更好的收益。這種技術(shù)也可以用來(lái)合并來(lái)自于Wi-Fi和手機網(wǎng)絡(luò )的流量，而不是讓設備在兩種頻率間切換。

這項技術(shù)改變了數據包發(fā)送的方式。它發(fā)送的不是數據包，而是描述數據包系列的代數方程。

所以如果一個(gè)數據包丟失了，不用要求網(wǎng)絡(luò )重新發(fā)送，接收設備自己就可以解析出丟失的數據。因為涉及到的方程既簡(jiǎn)單又是線(xiàn)性的，給手機、路由器或基站帶來(lái)的運算壓力是可以忽略的，Medard說(shuō)。

技術(shù)在大規模付諸實(shí)用時(shí)是否也能獲得實(shí)驗室中所見(jiàn)的收益仍有待觀(guān)察，但據未參與此項研究的NBC高管Ng說(shuō)，技術(shù)帶來(lái)的改進(jìn)如此巨大，意味著(zhù)一次突破。“如果你在實(shí)驗室里也只是發(fā)現了一點(diǎn)點(diǎn)改進(jìn)，工程師們是會(huì )持有懷疑態(tài)度的。但看看他們在實(shí)驗室中做到了什么，這肯定是數量級上的進(jìn)步，當然是非常鼓舞人心的。”Ng說(shuō)。

如果此項技術(shù)能如預期那樣在大范圍的實(shí)際應用中發(fā)揮作用。它將有助于預防頻譜危機。思科稱(chēng)到2016年，移動(dòng)數據傳輸流量將會(huì )增長(cháng)18倍，而貝爾實(shí)驗室的預測則要更高，認為將會(huì )增長(cháng)25倍。美國聯(lián)邦通信委員會(huì )稱(chēng)，可用的無(wú)線(xiàn)頻率譜段將會(huì )在數年內耗盡。

Medard沒(méi)有說(shuō)這項技術(shù)能夠避免頻譜危機，但她解釋說(shuō)現有的系統是非常低效的。“在你考慮獲取更多資源之前，肯定有一些非常嚴重的低效問(wèn)題是可以進(jìn)行補救的。”

她說(shuō)當她的研究組成員們在A(yíng)cela列車(chē)中上網(wǎng)時(shí)，他們看的YouTube視頻是一群大學(xué)生在玩真人版的憤怒的小鳥(niǎo)游戲。“視頻的質(zhì)量很好，但內容的質(zhì)量就不是我們能解決的問(wèn)題了，”Medard說(shuō)。