Toen wifi werd ontworpen, het was bedoeld voor snelle datacommunicatie. Het Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) heeft de normen voor communicatie bepaald - dat is het 802.11-protocol, een bekend nummer op veel draadloze routers.

Volgens het protocol is zodra een apparaat niet in staat is om ten minste één megabit per seconde (Mbps) te verzenden, het is "buiten bereik". Zelfs als het fysiek mogelijk zou zijn om te verzenden, zeggen, een halve megabit per seconde, het protocol staat het niet toe.

Computerwetenschapper Neal Patwari van de McKelvey School of Engineering aan de Washington University in St. Louis heeft gewerkt met een groep die sensoren gebruikt om continu gegevens over de luchtkwaliteit binnenshuis te verzamelen vanuit de huizen van vrijwilligers, in een project gesponsord door het National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB).

Maar toen onderzoekers stopten met het ontvangen van gegevens, er was geen manier om te bepalen of een sensor was losgekoppeld, of als iets het wifi-signaal verstoort. Ze hoefden alleen maar een kleine ping te sturen, een klein beetje gegevens, maar dat was het probleem - het protocol stond het niet toe.

"We probeerden erachter te komen, kunnen we gegevens met een lagere snelheid verzenden vanaf een wifi-apparaat, ook al maakt het geen deel uit van het protocol, dezelfde hardware gebruiken?" zei Patwari, hoogleraar elektrotechniek en systeemtechniek en informatica en techniek.

Inderdaad, ze hebben een manier gevonden.

Patwari en het team presenteerden de resultaten van hun onderzoek op 22 oktober op ACM MobiCom 2019, de 25e internationale conferentie over mobiel computergebruik en netwerken.

Voor hun onderzoek naar hoe de luchtkwaliteit binnenshuis de astmatarieven beïnvloedde, de onderzoekers hadden gedurende een lange periode veel gegevens nodig van veel gezinnen met astmatische kinderen.

Onderzoeksdeelnemers kwamen overeen om luchtkwaliteitssensoren in hun huizen te hebben. De sensoren gaven via wifi data door aan de onderzoekers, en werd verwacht dit een jaar te doen.

"Dit is een probleem, " zei Patwari. "Als je ooit een draadloos netwerk hebt moeten opzetten en onderhouden, je weet dat het af en toe wat werk vraagt ​​als er iets misgaat."

Er gaat altijd iets mis, en, na veel heen en weer communiceren met deelnemers om dingen op te lossen, onderzoekers waren bang dat de uitdagingen ervoor zouden zorgen dat deelnemers zouden afhaken.

Patwari ervoer deze frustratie zelf, toen hij een sensor in zijn slaapkamer plaatste, aan de andere kant van het huis vanaf zijn draadloze router. Zijn eigen leerling, Philip Lundrigan, ook een auteur van de studie, gebeld toen de link wegviel. Toen hij de router ging controleren, hij moest een mand met wasgoed opzij zetten.

Plotseling, de verbinding met de sensor is hersteld.

"Het was de wasmand, " hij zei, "en het was schone was!"

Het was niet zo dat de was een ondoordringbare muur had gevormd en het wifi-signaal werd gestopt. Liever, aangezien de sensor ver van de router verwijderd was, elke kleine verstoring schopte de gegevensoverdrachtsnelheid onder de 1 Mbps - de laagste overdrachtssnelheid die door het protocol wordt toegestaan. Dus de communicatie werd afgebroken.

De situatie die de onderzoekers probeerden aan te pakken, vereiste niet zoveel gegevens, Hoewel. Ze probeerden gewoon een manier te vinden om erachter te komen of de verbinding verbroken was, of als de sensor was losgekoppeld. Voor dit doeleinde, in plaats van de zender te behandelen als iets dat gegevens heeft verzonden, Patwari besloot het te beschouwen als iets dat ruis veroorzaakte.

Moderne huizen zijn overspoeld met draadloze ruis - van computers tot televisies tot stereo's tot mobiele telefoons - de signalen zijn overal. Het team, onder leiding van Phil Lundrigan, assistent-professor aan de Brigham Young University, dachten dat ze dit in hun voordeel konden gebruiken. Ze programmeerden in de WiFi-sensor een reeks 1s en 0s, in wezen het signaal in- en uitschakelen in een specifiek patroon. De router was in staat om dit patroon te onderscheiden van de omringende draadloze ruis.

Dus zelfs als de gegevens van de sensor niet werden ontvangen, de router kon dat patroon in het omgevingsgeluid herkennen en weten dat de sensor nog steeds iets doorstuurde.

Het proces is niet helemaal eenvoudig; het ene geluid is luider dan het andere geluid, dus moest het team een ​​manier bedenken om enkele van de luidste geluiden te dempen om de verborgen boodschap van de sensor te herkennen. Nabije signalen - zeg, de televisie naast de router - werden geannuleerd. Door slechts een paar zwakkere signalen te analyseren, het wordt veel gemakkelijker om het patroon te kiezen dat door de sensor wordt verzonden.

"Als het toegangspunt deze code hoort, het zegt, "OKE, Ik weet dat de sensor nog leeft en me probeert te bereiken, het is gewoon buiten bereik, "" zei Patwari. "Het stuurt in feite een stukje informatie dat zegt dat het leeft."

Het team, waaronder ook Sneha K. Kasera, hoogleraar aan de Universiteit van Utah, uiteindelijk bleek dat de code zelfs verder dan de rand van het wifi-gegevensbereik kon worden verzonden - twee keer zo ver weg, in feite.

"Zelfs als de wasmand in de weg staat en de link geen gegevens kan verzenden met de snelheid van 1 Mbps, het kan deze code nog steeds verzenden, "Patwari zei, "en uw router weet dan dat de sensor actief is en verzendt. De onderzoeker kan gerust zijn, wetende dat de sensor nog steeds gegevens verzamelt, en uiteindelijk zullen ze hun luchtkwaliteitsgegevens krijgen."

Dit is nog maar het begin van de nieuwe innovatie. Het kan de zogenaamde "lange afstand" draadloze protocollen mogelijk nog groter maken, volgens Lundrigan, of worden gebruikt bovenop andere draadloze technologie zoals bluetooth of mobiel.

"We kunnen gegevens verzenden en ontvangen, ongeacht wat wifi doet, " zei Lundrigan. "Alles wat we nodig hebben is de mogelijkheid om energie te verzenden en vervolgens geluidsmetingen te ontvangen."