對于即時共享時間敏感信息的無線網(wǎng)絡(luò),僅僅快速傳輸數(shù)據(jù)是不夠的。這些數(shù)據(jù)也需要新鮮??紤]一下你車?yán)锏脑S多傳感器。雖然大多數(shù)傳感器將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)街醒胩幚砥骺赡苄枰坏揭幻氲臅r間,但數(shù)據(jù)的年齡可能會有所不同,具體取決于傳感器傳輸讀數(shù)的頻率。
在理想的網(wǎng)絡(luò)中,這些傳感器應(yīng)該能夠不斷傳輸更新,為每個可測量的功能提供最新,最新的狀態(tài),從輪胎壓力到障礙物附近。但是,只有這么多的數(shù)據(jù),無線信道可以傳輸而不會完全壓倒網(wǎng)絡(luò)。
那么,如何不斷更新網(wǎng)絡(luò) - 傳感器,無人機或數(shù)據(jù)共享工具 - 可以最大限度地縮短其隨時收到的信息的年齡,同時避免數(shù)據(jù)擁塞?
麻省理工學(xué)院信息與決策系統(tǒng)實驗室的工程師們正在解決這個問題,并提出了一種為簡單的無線網(wǎng)絡(luò)提供最新鮮數(shù)據(jù)的方法。
研究人員表示,他們的方法可以應(yīng)用于簡單的網(wǎng)絡(luò),例如將位置坐標(biāo)傳輸?shù)絾蝹€控制站的多個無人機,或者將狀態(tài)更新傳遞給中央監(jiān)視器的工業(yè)工廠中的傳感器。最終,該團隊希望能夠解決更復(fù)雜的系統(tǒng),例如無線共享交通數(shù)據(jù)的車輛網(wǎng)絡(luò)。
“如果你正在交換擁堵信息,你會希望這些信息盡可能新鮮,”航空航天教授,麻省理工學(xué)院信息與決策系統(tǒng)實驗室成員Eytan Modiano說。“如果它已過時,你可能做出錯誤的決定。這就是為什么信息時代很重要的原因。”
Modiano和他的同事在IEEE國際計算通信會議(Infocom)的一篇論文中介紹了他們的方法,并獲得了最佳論文獎。該論文將在未來出現(xiàn)在網(wǎng)上。該論文的第一作者是研究生Igor Kadota;前研究生Abhishek Sinha也是合著者。
保持新鮮
傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)旨在最大化它們可以跨通道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量,并最大限度地縮短數(shù)據(jù)到達目的地所需的時間。直到最近,研究人員才開始考慮信息的年齡 - 從收件人的角度來看,信息的新鮮程度或陳舊信息是多少。
“我首先對這個問題感到興奮,在無人機的背景下思考 - 在環(huán)境中四處移動的無人駕駛飛行器,他們需要交換位置信息以避免相互碰撞,”莫迪亞諾說。“如果他們不經(jīng)常交換這些信息,他們可能會發(fā)生沖突。所以我們退后一步,開始研究如何最大限度地減少無線網(wǎng)絡(luò)信息時代的根本問題。”
在這篇新論文中,Modiano的團隊尋找方法為簡單的無線網(wǎng)絡(luò)提供最新鮮的數(shù)據(jù)。他們建模了一個基本網(wǎng)絡(luò),包括一個數(shù)據(jù)接收器,如中央控制站,以及多個節(jié)點,如幾個數(shù)據(jù)傳輸無人機。
研究人員假設(shè)在任何給定時間只有一個節(jié)點可以通過無線信道傳輸數(shù)據(jù)。他們要回答的問題是:哪個節(jié)點應(yīng)該在哪個時間傳輸數(shù)據(jù),以確保網(wǎng)絡(luò)平均從所有節(jié)點接收最新的數(shù)據(jù)?
“我們的帶寬有限,所以我們需要選擇節(jié)點傳輸?shù)臅r間和節(jié)點,”Modiano說。“我們說,在這個最簡單的環(huán)境中,我們?nèi)绾巫畲笙薅鹊販p少年齡?我們可以解決這個問題嗎?我們做到了。”
最佳年齡
團隊的解決方案在于一個簡單的算法,它基本上可以在任何給定時刻為每個節(jié)點計算“索引”。節(jié)點的索引基于幾個因素:它傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的年齡或新鮮度;它所通信的信道的可靠性;以及該節(jié)點的總體優(yōu)先級。
“例如,你可能擁有更昂貴的無人機或更快的無人機,而且你希望獲得更好或更準(zhǔn)確的無人機信息。所以,你可以設(shè)置一個具有高優(yōu)先級的信息,”Kadota解釋道。
具有較高優(yōu)先級,更可靠信道和較舊數(shù)據(jù)的節(jié)點被分配較高的索引,而優(yōu)先級相對較低的節(jié)點通過spottier信道進行通信,其中較新的數(shù)據(jù)用較低的索引標(biāo)記。
節(jié)點的索引可以隨時改變。在任何給定時刻,算法指示具有最高索引的節(jié)點將其數(shù)據(jù)發(fā)送到接收器。在這種優(yōu)先排序方式中,團隊發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)保證平均從所有節(jié)點接收最新鮮的數(shù)據(jù),而不會使其無線信道過載。
該團隊計算了一個下限,這意味著網(wǎng)絡(luò)信息的平均年齡比任何算法都要高。他們發(fā)現(xiàn)團隊的算法非常接近這個界限,并且它接近于任何算法在為簡單的無線網(wǎng)絡(luò)提供最新鮮數(shù)據(jù)方面所能做的最好的算法。
“我們提出了一個基本的界限,即你不可能擁有比這個值更低的信息年齡¬ - 沒有算法可以比這個更好 - 然后我們證明了我們的算法接近那個界限,”莫迪亞諾說。“所以它接近最佳狀態(tài)。”
該團隊計劃在一個簡單的無線電網(wǎng)絡(luò)上測試其索引方案,其中一個無線電可以作為基站,接收來自其他幾個無線電的時間敏感數(shù)據(jù)。Modiano的小組還在開發(fā)算法,以優(yōu)化更復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的信息時代。
“我們未來的論文將超越一個基站,一個擁有多個基站的網(wǎng)絡(luò),以及它們?nèi)绾蜗嗷プ饔茫?rdquo;莫迪亞諾說。“這將有望解決一個更大的問題。”