Сделано в России: новый метод передачи данных ускорит Wi-Fi. Интервью с Евгением Хоровым.

— Вы и ваши коллеги стали первыми в мире, кто разработал прототип устройства с так называемым неортогональным доступом в сетях Wi-Fi. Это, насколько нам известно, значительная инновация в беспроводных сетях. В чем суть?

— Обычно на одной частоте одноантенное устройство может передавать только один поток информации другим одноантенным устройствам. Однако с помощью неортогонального доступа вы можете передать два потока информации на два разных устройства с одной антенны, используя те же радиочастотные ресурсы. И наоборот — два потока с двух устройств могут быть отправлены на одну антенну.

— Как это работает? Эти два потока чем-то отличаются?

— Потоки различаются по мощности. Ситуация следующая: пусть два устройства-получателя находятся на определенном расстоянии друг от друга — одно ближе, другое дальше. Мы передаем сумму двух сообщений, причем каждое сообщение имеет свой вес и мощность. Сообщение дальнему пользователю передается с несколько большей мощностью, в то время как сообщение ближнему пользователю — с меньшей. В результате дальний пользователь может выделить свое сообщение, рассматривая другое сообщение, о котором он не знает, просто как шум.

Поскольку мощность его сообщения выше, а затухание мощности обоих сообщений одинаковое, то дальний пользователь получает свое сообщение с большей мощностью и может его декодировать. Ближний пользователь тоже декодирует это сообщение, но поскольку оно не предназначено для него, он вычитает чужое сообщение, а оставшееся воспринимает как свое. Этот метод позволяет увеличить скорость передачи данных, когда необходимо передать данные нескольким пользователям или от нескольких пользователей.

— Прекрасная технология!

— Это не наше изобретение, это широко известный метод передачи информации. Но в момент, когда мы начали нашу работу, эта тема только начинала набирать популярность, и не было идей о том, как применить этот метод в сетях Wi-Fi. Мы создали первый в мире прототип Wi-Fi устройств, использующих неортогональный доступ. Однако до реального рыночного продукта, нового типа роутера, еще далеко. Тем не менее, мы продемонстрировали, что это действительно работает. Одно из подключенных устройств было обычным ноутбуком, который вообще не знал, что используется неортогональный доступ. Нам удалось не только внедрить эту технологию в Wi-Fi сеть, но и сделать этот метод обратно совместимым.

Этот результат имеет высокую практическую ценность, поскольку в современных Wi-Fi сетях могут одновременно находиться устройства разных поколений, и точка доступа вынуждена общаться с одним устройством по одной версии протокола, а с другим — по другой. Благодаря нашему подходу можно одновременно использовать одни и те же радиоресурсы для общения по разным принципам передачи данных. По одному каналу может идти поток для старых устройств, а по другому — для новых. Это критично для поддержки приложений реального времени, где важна низкая задержка доставки данных. Поскольку мы можем одновременно передавать данные, мы можем снизить задержку. Этот прототип в 2022 году на конференции MobiHoc (одной из ведущих конференций в области информационных технологий) получил награду за лучшую демонстрационную экспериментальную разработку. Мы предлагали внедрить эту идею в новый стандарт Wi-Fi. Хотя у нас не получилось (не все предложения, к сожалению, принимаются), мы получили комментарий о том, что стандартизация не требуется. Поскольку мы продемонстрировали, как обеспечить обратную совместимость, нет необходимости внедрять разработку в стандарт Wi-Fi, производители могут реализовывать этот подход независимо от стандарта, так как технология совместима с любым стандартом. Мы работали над этой разработкой несколько лет.

— Как организована ваша работа? Вам нужно инженерное или программное мышление? Вы и ваши сотрудники создаете устройства или пишете код?

— Мы работаем на пересечении математики, программирования и инженерии. Необходимо понимать, что телекоммуникации относятся к техническим наукам, научные разработки должны воплощаться в новые технологии и устройства связи. Часть моей докторской работы вошла в стандарт Wi-Fi-6. Методы, которые возникли в результате попытки ответить на научные вопросы, реализовались как часть стандарта Wi-Fi.

— То есть вы инженеры с глубокими знаниями математики в области передачи данных.

— Следует осторожно говорить о том, насколько сильна наша математика. Чистые математики скажут, что в нашей области нет математических проблем тысячелетия и что у нас нет фундаментальных задач. Фундаментальная математика сама формулирует задачи и развивается независимо, в то время как в технической области задачи определяются практикой, а развитие зависит от запросов из технической сферы. Чаще всего у прикладных специалистов нет времени на создание нового математического аппарата; мы используем уже известные методы для решения конкретных инженерных задач. Тем не менее существуют примеры, когда именно из технических задач возникали целые области математики, впоследствии значительно удаляясь от первоначальных задач, ради которых они были созданы. Таким образом, граница между прикладной и фундаментальной математикой все же проницаема.

— Вы упомянули, что ваша работа вошла в один из прошлых протоколов Wi-Fi. Почему производители Wi-Fi заинтересованы в вашей научной работе или в работе других, и почему это было важно для них?

— Мы сотрудничаем с производителями телекоммуникационного оборудования и международными компаниями. В настоящее время ситуация стала несколько хуже, по понятным причинам, но я считаю, что это временно, и в будущем мы значительно расширимся, сотрудничая не только с международными, но и с российскими компаниями. Наша лаборатория разрабатывает новые алгоритмы, которые повышают производительность передачи данных, и мы участвуем в создании решений для производителей, а также в стандартизации, то есть доводим некоторые из наших решений до международных стандартов. Если производитель хочет выпускать оборудование, совместимое со стандартом Wi-Fi, он должен поддерживать наши решения. В одном из наших предложений, вошедших в стандарт Wi-Fi, нам потребовалось много времени, чтобы объяснить представителям ведущих компаний в области связи, почему наше решение хорошее. На самом деле, это были интересные и продуктивные дискуссии, в результате которых мы немного скорректировали наше видение. Это сложный процесс, но если вы предлагаете решения, которые улучшают технологию, они могут войти в стандарт.

— Как принимаются стандарты, влияющие на рынки и производителей? У кого решающее слово?

— В настоящее время проходит заседание Комитета по стандартизации в Ванкувере, я и еще пять человек из нашей команды участвуем в нем дистанционно. В разработке стандарта участвуют инженеры и ученые из мировых технологических компаний, а также несколько научных центров, включая нашу группу из России. Всего около 500 человек. Чтобы какое-то решение было принято, оно должно набрать три четверти голосов.

— Судя по тому, что ваша группа одна из немногих научных групп в этом комитете, она находится на уровне разработчиков крупнейших мировых компаний.

— Мы стараемся. У нас молодая команда, но мы стремимся выступать на высоком уровне.

Когда в России будут востребованы инновации

— Российские промышленные производители никак не участвуют в этом процессе, они отстают?

— Россия задумалась о необходимости производства телекоммуникационного оборудования беспроводной связи всего пару лет назад. Мы наблюдаем определенные меры на государственном уровне, но их явно недостаточно. В настоящее время нескольким компаниям, занимающимся созданием отечественного оборудования сотовой связи, важно не только, чтобы их оборудование было лучше импортных аналогов, но чтобы оно вообще функционировало. К сожалению, иностранные компании продолжают работать с российскими учеными, а затем российские компании покупают у иностранных производителей товары и технологии, содержащие российские разработки.

Однако есть и положительный момент: благодаря сотрудничеству российских ученых с иностранными компаниями даже в нынешних условиях в России существуют центры компетенций в высокотехнологичных сферах. Я надеюсь, что когда-нибудь российские компании, которые сейчас пытаются создать отечественное оборудование, достигнут уровня, когда поймут, что для дальнейшего развития им нужны умные алгоритмы и новые технологические решения, причем не в виде лабораторных образцов, а как продукты для миллионов пользователей. На первый взгляд кажется, что для создания оборудования в области связи