Сохранение данных для беспроводных сетей

Новый алгоритм, разработанный исследователями MIT, помогает сохранять данные в рамках простой системы связи, например, нескольких беспилотных летательных аппаратов, передающих на одну контрольную вышку.

Jennifer Chu | MIT News Office  June 4, 2018

Для беспроводных сетей, которые используют информацию, чувствительную к времени, «на лету», недостаточно для быстрой передачи данных. Эти данные также должны быть свежими. Рассмотрим множество датчиков в вашем автомобиле. Хотя для большинства датчиков для передачи пакета данных центральному процессору может потребоваться меньше секунды, возраст этих данных может варьироваться в зависимости от того, как часто датчик передает показания.

В идеальной сети эти датчики должны иметь возможность постоянно передавать обновления, обеспечивая самое свежее, самое текущее состояние для каждой измеряемой функции, от давления в шинах до близости препятствий. Но есть так много данных, что беспроводной канал может передавать без полной подавляющей сети.

Как же тогда постоянно обновляемая сеть - датчиков, беспилотных летательных аппаратов или транспортных средств для обмена данными - минимизирует возраст информации, которую он получает в любой момент, и в то же время избегая перегруженности данных?

Инженеры лаборатории MIT для информационных систем и систем принятия решений решают этот вопрос и придумали способ предоставить самые свежие данные для простой беспроводной сети.

Исследователи говорят, что их метод может быть применен к простым сетям, таким как несколько беспилотных летательных аппаратов, которые передают координаты положения на одну станцию ​​управления или датчики на промышленной установке, которые обновляют статус статуса на центральном мониторе. В конце концов, команда надеется решить еще более сложные системы, такие как сети транспортных средств, которые беспроводным образом обмениваются данными о трафике.

«Если вы обмениваетесь информацией о перегрузках, вы хотели бы, чтобы эта информация была как можно более свежей, - говорит Эйтан Модиано, профессор аэронавтики и космонавтики, и член Лаборатории информационных систем и решений MIT. «Если это датировано, вы можете принять неправильное решение. Вот почему возраст информации важен ».

Модиано и его коллеги представили свой метод в статье на Международной конференции IEEE по вычислительным коммуникациям (Infocom), где он получил премию «Лучшая бумага». Бумага появится в Интернете в будущем. Ведущим автором статьи является аспирант Игорь Кадота; бывший аспирант Абхишек Синха также является соавтором.

Сохраняя свежесть

Традиционные сети предназначены для максимизации объема данных, которые они могут передавать по каналам, и свести к минимуму время, необходимое для того, чтобы эти данные достигли своего назначения. Только недавно исследователи рассматривали возраст информации - как свежая или устаревшая информация с точки зрения ее получателя.

«Сначала я был в восторге от этой проблемы, думая в контексте беспилотных летательных аппаратов - беспилотных летательных аппаратов, которые движутся в среде, и им необходимо обмениваться информацией о местоположении, чтобы избежать столкновений друг с другом», - говорит Модиано. «Если они не обмениваются этой информацией достаточно часто, они могут столкнуться. Таким образом, мы отступили и начали смотреть на фундаментальную проблему того, как минимизировать возраст информации в беспроводных сетях ».

В этой новой статье команда Modiano искала способы предоставить самые свежие данные для простой беспроводной сети. Они смоделировали базовую сеть, состоящую из одного приемника данных, такого как центральная станция управления и несколько узлов, таких как несколько передающих данные беспилотных летательных аппаратов.

Исследователи предположили, что только один узел может передавать данные по беспроводному каналу в любой момент времени. Вопрос, на который они намеревались ответить: какой узел должен передавать данные в это время, чтобы убедиться, что сеть получает самые свежие данные в среднем от всех узлов?

«Мы ограничены в пропускной способности, поэтому нам нужно выбирать, что и когда передают узлы, - говорит Модиано. «Мы говорим, как мы минимизируем возраст в этих самых простых настройках? Можем ли мы решить это? И мы это сделали ». Также соавтор.

Оптимальный возраст

Решение команды заключается в простом алгоритме, который по существу вычисляет «индекс» для каждого узла в любой данный момент. Индекс узла основан на нескольких факторах: возрасте или свежести данных, которые он передает; надежность канала, по которому он обменивается; и общий приоритет этого узла.

«Например, у вас может быть более дорогой дрон или более быстрый гул, и вы хотели бы получить более точную информацию об этом гуде. Таким образом, вы можете установить этот с высоким приоритетом, - объясняет Кадота.

Узлам с более высоким приоритетом, более надежным каналом и более старым данным присваивается более высокий индекс по сравнению с узлами, которые относительно низки в приоритете, обмениваются каналами Spottier, с более свежими данными, которые имеют более низкий индекс.

Индекс узла может меняться от момента к моменту. В любой момент алгоритм направляет узел с самым высоким индексом для передачи своих данных в приемник. В этом приоритетном порядке команда обнаружила, что сеть, как гарантируется, получит самые свежие данные в среднем от всех узлов, не перегружая свои беспроводные каналы.

Команда вычислила нижнюю границу, что означает средний возраст информации для сети, которая свежее, чем любой алгоритм может когда-либо достичь. Они обнаружили, что алгоритм команды очень близок к этой привязке и что он близок к лучшему, что любой алгоритм может сделать с точки зрения предоставления самых свежих данных для простой беспроводной сети.

«Мы придумали фундаментальную оценку, которая говорит, что вы не можете иметь более низкий возраст информации, чем это значение - ни один алгоритм не может быть лучше этой границы, - и затем мы показали, что наш алгоритм приблизился к этой привязке», - говорит Модиано. «Так что это близко к оптимальному».

Команда планирует протестировать свою индексную схему на простой сети радиостанций, в которой одна радиостанция может служить в качестве базовой станции, получая чувствительные к времени данные из нескольких других радиостанций. Группа Modiano также разрабатывает алгоритмы для оптимизации возраста информации в более сложных сетях.

«Наши будущие документы будут смотреть за пределы одной базовой станции, в сеть с несколькими базовыми станциями и как это взаимодействует», - говорит Модиано. «И это, надеюсь, решит гораздо большую проблему».

Это исследование финансировалось, в частности, Национальным научным фондом (NSF) и Исследовательским бюро армии (ARO).