Algoritme giver netværk den mest aktuelle information, der er tilgængelig, samtidig med at dataoverbelastning undgås

For trådløse netværk, der deler tidsfølsom information på farten, det er ikke nok at overføre data hurtigt. Disse data skal også være friske. Overvej de mange sensorer i din bil. Selvom det kan tage mindre end et sekund for de fleste sensorer at sende en datapakke til en central processor, alderen på disse data kan variere, afhængigt af, hvor ofte en sensor videresender aflæsninger.

I et ideelt netværk, disse sensorer skal være i stand til at sende opdateringer konstant, giver det friskeste, mest aktuelle status for hver målbar funktion, fra dæktryk til nærhed af forhindringer. Men der er kun så meget data, som en trådløs kanal kan sende uden at overvælde netværket fuldstændigt.

Hvordan, derefter, kan et konstant opdaterende netværk af sensorer, droner, eller datadelingskøretøjer – minimer alderen på den information, den modtager til enhver tid, samtidig med at du undgår overbelastning af data?

Ingeniører i MIT's Laboratory for Information and Decision Systems tackler dette spørgsmål og har fundet på en måde at levere de friskest mulige data til et simpelt trådløst netværk.

Forskerne siger, at deres metode kan anvendes på simple netværk, såsom flere droner, der sender positionskoordinater til en enkelt kontrolstation, eller sensorer i et industrianlæg, der videresender statusopdateringer til en central skærm. Til sidst, teamet håber at tackle endnu mere komplekse systemer, såsom netværk af køretøjer, der trådløst deler trafikdata.

"Hvis du udveksler oplysninger om overbelastning, du ønsker, at oplysningerne skal være så friske som muligt, " siger Eytan Modiano, professor i luftfart og astronautik og medlem af MIT's Laboratory for Information and Decision Systems. "Hvis det er dateret, du kan tage den forkerte beslutning. Derfor er informationsalderen vigtig."

Modiano og hans kolleger præsenterede deres metode i et papir på IEEE's International Conference on Computation Communications (Infocom), hvor den vandt en Best Paper Award. Bladet vil blive vist online i fremtiden. Papirets hovedforfatter er kandidatstuderende Igor Kadota; tidligere kandidatstuderende Abhishek Sinha er også medforfatter.

Holder den frisk

Traditionelle netværk er designet til at maksimere mængden af ​​data, som de kan overføre på tværs af kanaler, og minimere den tid, det tager for disse data at nå deres destination. Først for nylig har forskere overvejet informationens alder – hvor frisk eller gammel information er set fra modtagerens perspektiv.

"Jeg blev først begejstret for dette problem, tænker i sammenhæng med UAV'er - ubemandede luftfartøjer, der bevæger sig rundt i et miljø, og de skal udveksle positionsoplysninger for at undgå kollisioner med hinanden, " siger Modiano. "Hvis de ikke udveksler disse oplysninger ofte nok, de kan støde sammen. Så vi trådte tilbage og begyndte at se på det grundlæggende problem med, hvordan man minimerer informationsalderen i trådløse netværk."

I dette nye blad, Modianos team ledte efter måder at levere de friskest mulige data til et simpelt trådløst netværk. De modellerede et grundlæggende netværk, bestående af en enkelt datamodtager, såsom en central kontrolstation, og flere noder, såsom flere dataoverførende droner.

Forskerne antog, at kun én node kan transmittere data over en trådløs kanal på et givet tidspunkt. Spørgsmålet, de satte sig for at besvare:Hvilken node skal overføre data på hvilket tidspunkt, at sikre, at netværket modtager de friskest mulige data, gennemsnitlig, fra alle noder?

"Vi er begrænsede i båndbredde, så vi skal være selektive med hensyn til, hvad og hvornår noder sender, "Siger Modiano." Vi siger, hvordan minimerer vi alder i disse enkleste indstillinger? Kan vi løse dette? Og det gjorde vi."

En optimal alder

Holdets løsning ligger i en simpel algoritme, der i det væsentlige beregner et "indeks" for hver node på ethvert givet tidspunkt. Et nodeindeks er baseret på flere faktorer:alder, eller friskheden af ​​de data, den transmitterer; pålideligheden af ​​den kanal, den kommunikerer over; og den overordnede prioritet for den node.

"For eksempel, du har måske en dyrere drone, eller hurtigere drone, og du vil gerne have bedre eller mere præcis information om den drone. Så, du kan indstille den med en høj prioritet, "Forklarer Kadota.

Noder med højere prioritet, en mere pålidelig kanal, og ældre data, tildeles et højere indeks, i forhold til noder, der har relativt lav prioritet, kommunikation over spottier kanaler, med nyere data, som er mærket med et lavere indeks.

En nodes indeks kan ændre sig fra øjeblik til øjeblik. På et givet tidspunkt, Algoritmen dirigerer knudepunktet med det højeste indeks til at transmittere sine data til modtageren. På denne prioriterede måde teamet fandt ud af, at netværket garanteret vil modtage de friskeste data i gennemsnit, fra alle noder, uden at overbelaste sine trådløse kanaler.

Holdet beregnede en nedre grænse, betyder en gennemsnitsalder for informationer for netværket, der er friskere end nogen algoritme nogensinde kunne opnå. De fandt ud af, at holdets algoritme fungerer meget tæt på denne grænse, og at det er tæt på det bedste, enhver algoritme kunne gøre i forhold til at levere de friskest mulige data til et simpelt trådløst netværk.

"Vi kom op med en grundlæggende grænse, der siger, du kan umuligt have en lavere informationsalder end denne værdi – ingen algoritme kunne være bedre end denne grænse – og så viste vi, at vores algoritme kom tæt på denne grænse, " siger Modiano. "Så det er tæt på optimalt."

Holdet planlægger at teste sit indeksskema på et simpelt netværk af radioer, hvor en radio kan tjene som basestation, modtagelse af tidsfølsomme data fra flere andre radioer. Modianos gruppe udvikler også algoritmer til at optimere informationsalderen i mere komplekse netværk.

"Vores fremtidige papirer vil se ud over blot én basestation, til et netværk med flere basestationer, og hvordan det interagerer, " siger Modiano. "Og det vil forhåbentlig løse et meget større problem."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.