Slimme internetverbinding verzoent Zoom en Netflix

We hebben de laatste jaren massaal toestellen verbonden met elkaar en met het internet zoals computers, laptops en smartphones, maar tegenwoordig ook steeds meer sensoren, auto’s en allerlei machines. Ondanks dat we deze toestellen als “slim” bestempelen, bestaat er zo goed als geen coördinatie tussen de verschillende toestellen en verbindingen. Eigenlijk geldt zelfs de wet van de sterkste. Een toestel, zoals een smartphone, zal bijvoorbeeld steeds verbinding maken met de dichtstbijzijnde (Wi-Fi) router, ook als die op dat moment overbelast is.

“… verhoging van de hoeveelheid dataverkeer en minder interferentie …”

Nochtans, bestaan er vandaag verschillende communicatietechnologieën (zoals Wi-Fi, Ethernet kabels of 4G/5G) naast elkaar. De onderbenutting van de huidige capaciteit zorgt er bijvoorbeeld voor dat het Netflix verkeer van een huisgenoot jouw belangrijke videovergadering verstoort. In mijn doctoraatsonderzoek heb ik een softwaresysteem ontwikkeld dat steeds de best mogelijke verdeling zoekt van alle toestellen en dataverkeer in het netwerk. Hierdoor benutten we optimaal de beschikbare netwerkcapaciteit. Dit leidt tot een verhoging van de hoeveelheid dataverkeer en minder interferentie tussen verschillende applicaties of toestellen.

Daarnaast zorgt deze oplossing er ook voor dat men een gebruiker niet meer lastigvalt met de complexiteiten van het netwerk en de verbindingen. Denk hierbij aan de verschillende knoppen op smartphones voor het gebruik van verschillende communicatietechnologieën (Wi-Fi, mobiele data, Bluetooth, …) of de keuze tussen het draadloze netwerk en de netwerkkabel bij je thuis of op kantoor.  Een gebruiker moet enkel aangeven dat hij verbonden wil zijn en het netwerk moet maar voor al de rest zorgen, zoals de keuze van communicatietechnologie en het zorgen voor een kwalitatieve en betrouwbare verbinding. Om deze visie mogelijk te maken hebben we verschillende softwarecomponenten, algoritmes en modellen ontwikkeld.

Keuzestress tussen communicatietechnologieën is verleden tijd, onze software kiest steeds de beste oplossing.

Een eerste probleem dat we hebben opgelost is dat verschillende communicatietechnologieën volledig los van elkaar opereren. Deze isolatie merk je bijvoorbeeld wanneer je van binnen in je huis naar buiten loopt en je internetverkeer moet wisselen tussen Wi-Fi en 4G, of wanneer je de internetkabel van je laptop uittrekt en overschakelt naar Wi-Fi. Vaak treedt er dan een (kortstondige) hapering op. Onze oplossing vermijdt deze haperingen. De interne werking kan je vergelijken met hoe men treinen veilig van het ene station naar het andere laat rijden: door het gebruik van seinen en wissels, aangestuurd vanuit een seinhuis.

Wij hebben software ontworpen die het mogelijk maakt om een datapakketje – een wagonnetje in de datatrein waarbij elk wagonnetje een stukje van bijvoorbeeld een video bevat – te versturen over één van de beschikbare communicatietechnologieën. Net zoals een trein van spoor verandert door het omzetten van een wissel, kan deze softwarecomponent op een toestel het dataverkeer laten veranderen van bijvoorbeeld Wi-Fi naar 4G, zonder enige hapering. Daarnaast kunnen we elk datawagonnetje over een andere technologie gaan verdelen, om meer capaciteit te benutten. Deze softwarecomponent kan men op elk verbonden toestel installeren (door integratie in het besturingssysteem), zoals een smartphone of laptop, maar bijvoorbeeld ook op een modem of router.

Virtueel seinhuis

Het tweede probleem dat we hebben opgelost is dat de verschillende toestellen en applicaties elkaar bekampen. Om voor een optimale beleving te zorgen, hebben wij een centrale softwarecomponent ontwikkeld die steeds een actueel overzicht heeft van heel het netwerk en die de eerder vermelde softwarecomponent op alle verbonden toestellen aanstuurt. Dit is te vergelijken met hoe een seinhuis de verschillende wissels op het spoornetwerk gaat aansturen. In dit virtuele seinhuis voorzien we ook intelligente algoritmes die de optimale instelling berekenen.

Onze software werkt zoals de wissels op deze foto en kan het dataverkeer optimaal verdelen om meer capaciteit te benutten.

Terwijl treinen typisch rijden op basis van een vaste dienstregeling, monitort de centrale software heel de tijd de toestand van het computernetwerk om op basis van de meest recente informatie, steeds nieuwe configuraties voor alle toestellen te berekenen. Op deze manier kunnen we snel en adequaat reageren op veranderingen in het netwerk zoals nieuwe toestellen die verbinding zoeken, meer dataverkeer of storingen op bepaalde communicatietechnologieën.

Geen extra hardware

Deze algoritmes berekenen dus eigenlijk heel de tijd een nieuwe en zo goed mogelijke dienstregeling en configuratie voor alle datatreinen en softwarecomponenten op de verschillende verbonden toestellen. Onze experimenten tonen aan dat het zo mogelijk is om minstens 10% meer dataverkeer toe te laten. Afhankelijk van de grootte van het netwerk en de omgeving, kan er zelfs een verdubbeling van het dataverkeer optreden. Hiervoor hoef je dus geen extra kabels of Wi-Fi versterkers in huis te halen, enkel onze slimme software en algoritmes.

Google? Microsoft? …?

Samengevat, hebben we dus technieken ontwikkeld die een slimmere en betere internetverbinding mogelijk maken. De volgende stap is om deze oplossing beschikbaar te maken. Helaas zal dit niet onmiddellijk bij jou thuis het geval zijn, door de grote verscheidenheid aan soorten toestellen en merken. Al kan het natuurlijk dat grote internationale spelers zoals Google, Microsoft of Samsung dit artikel ook lezen en onze oplossing toch snel in hun systemen integreren.

In de tussentijd kunnen we op korte termijn wel al proberen om op sommige plekken de kwaliteit van de internetverbinding te verbeteren. Hierbij profiteren we van het feit dat de ontwikkelde technologie generiek is en we die dus op verschillende soorten toestellen, van verschillende bedrijven en merken, kunnen installeren. Als eerste kijken we hierbij onder meer naar de aanbieders van (privé)netwerken voor bedrijfs- of industriesites. Daarnaast kunnen we de softwarecomponenten ook toevoegen aan het netwerk van telecomoperatoren (zoals Telenet en Proximus) die voor een verbinding tussen je thuisnetwerk en het internet zorgen. Op deze manier zetten we de eerste stappen in een brede adoptie van de ontwikkelde oplossing en hopelijk kan iedereen hier zo snel mogelijk van genieten. Dit is essentieel in een wereld die steeds meer digitaal is.

Tom De Schepper is genomineerd voor de Vlaamse PhD Cup. Ontdek meer over zijn onderzoek op www.phdcup.be