代數(shù)方法讓帶寬提高10倍！

大學研究人員把無線網(wǎng)絡的帶寬提高了一個數(shù)量級，這樣的提升既不是通過增加基站，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(shù)方法消除了重復發(fā)送丟失數(shù)據(jù)包所帶來的網(wǎng)路阻塞。

通過為移動設備提供新方法來解決丟失數(shù)據(jù)的問題，這種技術不僅去除了浪費帶寬的處理過程，而且也可以把來自Wi-Fi和LTE的數(shù)據(jù)流無縫整合在一起——相對于其他要來回切換的方法來說是一個飛躍。“任何IP網(wǎng)絡都可以從這項技術中獲益，” NBC環(huán)球的研發(fā)副總裁Sheau Ng說。

據(jù)領導此項研究的麻省理工電子研究實驗室教授Muriel Medard稱，在最近幾個月，已經(jīng)有數(shù)家公司獲得了相關技術的授權，但細節(jié)受限于保密協(xié)議還不能公布。此技術的要素是由麻省理工、葡萄牙波爾圖大學、哈佛大學、加州理工，以及慕尼黑工業(yè)大學的研究者共同開發(fā)的。技術授權通過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)公司進行。

此技術要解決的問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(shù)據(jù)包會由于干擾或擁擠而丟失掉。丟失的數(shù)據(jù)包不但導致自身的延遲，還會產(chǎn)生新的往返網(wǎng)絡流量來代替這些數(shù)據(jù)包，從而加劇原有的問題。

這項名為編碼TCP的技術的實在好處在紐約到波士頓的Acela列車上得到了展現(xiàn)。這趟車一直以網(wǎng)絡連接狀況差而著稱。通過增加有效帶寬——即單位時間內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)量，Medard和學生們可以流暢地觀看YouTube視頻，而其他一些乘客卻在奮力掙扎，試圖連接上網(wǎng)絡。“他們問我們‘你們怎么做到的？’我們回答‘我們是工程師！’”她開玩笑說。

更多嚴格的實驗室研究展示了新技術的巨大作用。Medard的研究組在麻省理工通常丟包率為2%的Wi-Fi網(wǎng)絡中對系統(tǒng)進行了測試，發(fā)現(xiàn)通常為1Mb/s的帶寬可以擴展到16Mb/s。在丟包率為5%的網(wǎng)絡環(huán)境中，例如高速移動的列車上，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，此技術就幾乎沒有任何好處了，但不丟包的無線網(wǎng)絡是很罕見的。

Medard的工作“是一個重要的突破，有望顯著提高帶寬和蜂窩數(shù)據(jù)用戶在信號覆蓋不佳情況下的體驗質(zhì)量，”羅格斯大學無線通信網(wǎng)絡實驗室主任Dipankar Ray Raychaudhuri說。他預計這種技術在未來的2到3年內(nèi)將會獲得廣泛的應用。

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

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

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

技術在大規(guī)模付諸實用時是否也能獲得實驗室中所見的收益仍有待觀察，但據(jù)未參與此項研究的NBC高管Ng說，技術帶來的改進如此巨大，意味著一次突破。“如果你在實驗室里也只是發(fā)現(xiàn)了一點點改進，工程師們是會持有懷疑態(tài)度的。但看看他們在實驗室中做到了什么，這肯定是數(shù)量級上的進步，當然是非常鼓舞人心的。”Ng說。

如果此項技術能如預期那樣在大范圍的實際應用中發(fā)揮作用。它將有助于預防頻譜危機。思科稱到2016年，移動數(shù)據(jù)傳輸流量將會增長18倍，而貝爾實驗室的預測則要更高，認為將會增長25倍。美國聯(lián)邦通信委員會稱，可用的無線頻率譜段將會在數(shù)年內(nèi)耗盡。

Medard沒有說這項技術能夠避免頻譜危機，但她解釋說現(xiàn)有的系統(tǒng)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題是可以進行補救的。”

她說當她的研究組成員們在Acela列車中上網(wǎng)時，他們看的YouTube視頻是一群大學生在玩真人版的憤怒的小鳥游戲。“視頻的質(zhì)量很好，但內(nèi)容的質(zhì)量就不是我們能解決的問題了，”Medard說。