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新算法使数据在无线网络中保持新鲜

2019-04-02 16:57:32   来源:
导读 对于即时共享时间敏感信息的无线网络,仅仅快速传输数据是不够的。这些数据也需要新鲜。考虑一下你车里的许多传感器。虽然大多数传感器将数

对于即时共享时间敏感信息的无线网络,仅仅快速传输数据是不够的。这些数据也需要新鲜。考虑一下你车里的许多传感器。虽然大多数传感器将数据包传输到中央处理器可能需要不到一秒的时间,但数据的年龄可能会有所不同,具体取决于传感器传输读数的频率。

在理想的网络中,这些传感器应能够不断传输更新,为每个可测量的功能提供最新,最新的状态,从轮胎压力到障碍物附近。但是,只有这么多的数据才能使无线信道在不完全压倒网络的情况下进行传输。

那么,如何不断更新网络 - 传感器,无人机或数据共享工具 - 可以最大限度地缩短其随时收到的信息的年龄,同时避免数据拥塞?

麻省理工学院信息与决策系统实验室的工程师正在解决这个问题,并提出了一种为简单的无线网络提供最新鲜数据的方法。

研究人员表示,他们的方法可以应用于简单的网络,例如将位置坐标传输到单个控制站的多个无人机,或者将状态更新传递到中央监视器的工业设备中的传感器。最终,该团队希望能够解决更复杂的系统,例如无线共享交通数据的车辆网络。

“如果你正在交换拥堵信息,你会希望这些信息尽可能新鲜,”航空航天教授,麻省理工学院信息与决策系统实验室成员Eytan Modiano说。“如果它已过时,你可能做出错误的决定。这就是为什么信息时代很重要。”

Modiano和他的同事在IEEE国际计算通信会议(Infocom)的一篇论文中介绍了他们的方法,并获得了最佳论文奖。该论文将在未来在线出现。该论文的第一作者是研究生Igor Kadota;前研究生Abhishek Sinha也是合着者。

保持新鲜

传统网络旨在最大化它们可以跨通道传输的数据量,并最大限度地缩短数据到达目的地所需的时间。直到最近,研究人员才开始考虑信息的年龄 - 从收件人的角度来看新鲜或陈旧的信息是多少。

“我首先对这个问题感到兴奋,在无人机的背景下思考 - 在环境中四处移动的无人驾驶飞行器,他们需要交换位置信息以避免相互碰撞,”莫迪亚诺说。“如果他们不经常交换这些信息,他们可能会发生冲突。所以我们退后一步,开始研究如何最大限度地减少无线网络信息时代的根本问题。”

在这篇新论文中,Modiano的团队寻找方法为简单的无线网络提供最新鲜的数据。他们建模了一个基本网络,包括一个数据接收器,如中央控制站,以及多个节点,如几个数据传输无人机。

研究人员假设在任何给定时间只有一个节点可以通过无线信道传输数据。他们要回答的问题是:哪个节点应该在哪个时间传输数据,以确保网络平均从所有节点接收最新的数据?

“我们的带宽有限,所以我们需要选择节点传输的时间和节点,”Modiano说。“我们说,在这个最简单的环境中,我们如何最大限度地减少年龄?我们可以解决这个问题吗?我们做到了。”

最佳年龄

团队的解决方案在于一个简单的算法,它基本上可以在任何给定时刻为每个节点计算“索引”。节点的索引基于几个因素:它传输的数据的年龄或新鲜度;它所通信的信道的可靠性;以及该节点的总体优先级。

“例如,你可能拥有更昂贵的无人机或更快的无人机,而且你希望获得关于无人机的更好或更准确的信息。因此,你可以设置一个具有高优先级的信息,”Kadota解释道。

具有较高优先级,较可靠信道和较旧数据的节点被分配较高的索引,而优先级相对较低的节点通过spottier信道进行通信,其中较新的数据用较低的索引标记。

节点的索引可以随时改变。在任何给定时刻,算法指示具有最高索引的节点将其数据发送到接收器。在这种优先排序方式中,团队发现网络保证平均从所有节点接收最新的数据,而不会使其无线信道过载。

该团队计算了一个下限,这意味着网络的平均信息年龄比任何算法都能实现的更新鲜。他们发现团队的算法非常接近这个界限,并且它接近于任何算法在为简单的无线网络提供最新鲜数据方面所能做的最好的算法。

“我们提出了一个基本的界限,即你不可能拥有比这个值更低的信息年龄¬ - 没有算法可以比这个更好 - 然后我们证明我们的算法接近那个界限,”莫迪亚诺说。“所以它接近最佳状态。”

该团队计划在简单的无线电网络上测试其索引方案,其中一个无线电可以作为基站,从几个其他无线电接收时间敏感数据。Modiano的小组还在开发算法,以优化更复杂网络中的信息时代。

“我们未来的论文将超越一个基站,一个拥有多个基站的网络,以及它们如何相互作用,”莫迪亚诺说。“这将有望解决一个更大的问题。”

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