數(shù)據(jù)在無線網(wǎng)絡中怎樣做才能保持新鮮

對于即時共享時間敏感信息的無線網(wǎng)絡，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。考慮一下你車里的許多傳感器。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)絡中，這些傳感器應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。

那么，如何不斷更新網(wǎng)絡 - 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，他們的方法可以應用于簡單的網(wǎng)絡，例如將位置坐標傳輸?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雜的系統(tǒng)，例如無線共享交通數(shù)據(jù)的車輛網(wǎng)絡。

“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，麻省理工學院信息與決策系統(tǒng)實驗室成員Eytan Modiano說?！叭绻堰^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?！叭绻麄儾唤?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)絡信息時代的根本問題?！?/p>

在這篇新論文中，Modiano的團隊尋找方法為簡單的無線網(wǎng)絡提供最新鮮的數(shù)據(jù)。他們建模了一個基本網(wǎng)絡，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)點應該在哪個時間傳輸數(shù)據(jù)，以確保網(wǎng)絡平均從所有節(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，我們如何最大限度地減少年齡？我們可以解決這個問題嗎？我們做到了?！?/p>

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確的無人機信息。所以，你可以設置一個具有高優(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?！八运咏罴褷顟B(tài)?！?/p>

該團隊計劃在一個簡單的無線電網(wǎng)絡上測試其索引方案，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)化更復雜網(wǎng)絡中的信息時代。

“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，以及它們如何相互作用，”莫迪亞諾說?！斑@將有望解決一個更大的問題?！?/p>