Quando il WiFi è stato progettato, era inteso per le comunicazioni di dati ad alta velocità. L'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ha stabilito gli standard per le comunicazioni, ovvero il protocollo 802.11, un numero familiare su molti router wireless.

Secondo il protocollo, una volta che un dispositivo non è in grado di inviare almeno un megabit al secondo (Mbps), è "fuori portata". Anche se fosse fisicamente possibile inviare, dire, mezzo megabit al secondo, il protocollo non lo consente.

L'informatico Neal Patwari della McKelvey School of Engineering della Washington University di St. Louis ha lavorato con un gruppo che utilizza sensori per raccogliere continuamente dati sulla qualità dell'aria interna dalle case dei volontari, in un progetto sponsorizzato dall'Istituto nazionale di imaging biomedico e bioingegneria (NIBIB).

Ma quando i ricercatori hanno smesso di ricevere dati, non c'era un modo per determinare se un sensore era stato scollegato, o se qualcosa stava interferendo con il segnale WiFi. Avevano solo bisogno di inviare un piccolo ping, un po' di dati, ma quello era il problema:il protocollo non lo permetteva.

"Stavamo cercando di capire, possiamo inviare dati a velocità inferiore da un dispositivo WiFi anche se non fa parte del protocollo, usando lo stesso hardware?" disse Patwari, professore di ingegneria elettrica e dei sistemi e di informatica e ingegneria.

Infatti, hanno trovato un modo.

Patwari e il team hanno presentato i risultati della loro ricerca il 22 ottobre ad ACM MobiCom 2019, la 25a Conferenza Internazionale su Mobile Computing e Networking.

Per il loro studio su come la qualità dell'aria interna ha influenzato i tassi di asma, i ricercatori avevano bisogno di molti dati da molte case con bambini asmatici per un lungo periodo di tempo.

I partecipanti alla ricerca hanno accettato di avere sensori di qualità dell'aria nelle loro case. I sensori hanno trasmesso i dati ai ricercatori tramite WiFi, e ci si aspettava che lo facesse per un anno.

"Questo è un problema, " ha detto Patwari. "Se hai mai dovuto impostare e mantenere una rete wireless, sai che ogni tanto ci vuole un po' di lavoro se qualcosa va storto."

Qualcosa andrà sempre storto, e, dopo molte comunicazioni avanti e indietro con i partecipanti per sistemare le cose, i ricercatori erano preoccupati che le sfide avrebbero causato l'abbandono dei partecipanti.

Patwari ha sperimentato personalmente questa frustrazione, quando ha messo un sensore nella sua camera da letto, dall'altra parte della casa dal suo router wireless. Il suo stesso studente, Philip Lundrigan, anche autore dello studio, chiamato quando il collegamento è caduto. Quando è andato a controllare il router, ha dovuto spostare un cesto di biancheria.

Ad un tratto, la connessione al sensore è stata ripristinata.

"Era il cesto della biancheria, " Egli ha detto, "ed era bucato pulito!"

Non è che la lavanderia avesse formato un muro impenetrabile e il segnale WiFi si fosse bloccato di colpo. Piuttosto, poiché il sensore era lontano dal router, qualsiasi piccola perturbazione ha spinto la velocità di trasferimento dati al di sotto di 1 Mbps, la velocità di trasferimento più bassa consentita dal protocollo. Quindi la comunicazione è stata interrotta.

La situazione che i ricercatori stavano cercando di affrontare non richiedeva così tanti dati, anche se. Stavano solo cercando un modo per capire se la connessione era stata interrotta, o se il sensore era stato scollegato. Per questo scopo, invece di trattare il trasmettitore come qualcosa che ha inviato dati, Patwari decise di considerarlo come qualcosa che mandava rumore.

Le case moderne sono inondate di rumore wireless, dai computer ai televisori, dagli stereo ai telefoni cellulari, i segnali sono ovunque. Il gruppo, guidato da Phil Lundrigan, assistente professore alla Brigham Young University, pensavano di poterlo sfruttare a loro vantaggio. Hanno programmato nel sensore WiFi una serie di 1 e 0, essenzialmente accendendo e spegnendo il segnale secondo uno schema specifico. Il router è stato in grado di distinguere questo modello dal rumore wireless circostante.

Quindi, anche se i dati del sensore non venivano ricevuti, il router potrebbe rilevare quel modello nel rumore ambientale e sapere che il sensore stava ancora trasmettendo qualcosa.

Il processo non è del tutto semplice; alcuni rumori sono più forti di altri rumori, quindi il team ha dovuto escogitare un modo per ridurre alcuni dei rumori più forti per individuare il messaggio nascosto del sensore. Segnali nelle vicinanze, ad esempio il televisore accanto al router, sono stati cancellati. Analizzando solo alcuni segnali più deboli, diventa molto più facile individuare il modello inviato dal sensore.

"Se il punto di accesso sente questo codice, dice, "OK, So che il sensore è ancora vivo e sta cercando di raggiungermi, è solo fuori portata, "" ha detto Patwari. "Fondamentalmente invia un bit di informazione che dice che è vivo".

Il gruppo, che comprendeva anche Sneha K. Kasera, professore all'Università dello Utah, alla fine ha mostrato che il codice poteva essere trasmesso anche oltre il limite dell'intervallo di dati WiFi, due volte più lontano, infatti.

"Anche quando il cesto della biancheria è d'intralcio e il collegamento non può inviare dati alla velocità di 1 Mbps, può ancora inviare questo codice, "Patwari ha detto, "e il tuo router sa che il sensore è vivo e sta trasmettendo. Il ricercatore può stare tranquillo sapendo che il sensore sta ancora raccogliendo dati, e alla fine riceveranno i dati sulla qualità dell'aria".

Questo è solo l'inizio della nuova innovazione. Potrebbe essere in grado di rendere i cosiddetti protocolli wireless "a lungo raggio" ancora più lunghi, secondo Lundrigan, o essere utilizzato in aggiunta ad altre tecnologie wireless come Bluetooth o cellulare.

"Possiamo inviare e ricevere dati indipendentemente da ciò che sta facendo il WiFi, "Ha detto Lundrigan. "Tutto ciò di cui abbiamo bisogno è la capacità di trasmettere energia e quindi ricevere misurazioni del rumore".