Voor draadloze netwerken die tijdgevoelige informatie on-the-fly delen, het is niet genoeg om gegevens snel te verzenden. Die gegevens moeten ook vers zijn. Denk aan de vele sensoren in uw auto. Hoewel het voor de meeste sensoren minder dan een seconde kan duren om een ​​datapakket naar een centrale processor te verzenden, de leeftijd van die gegevens kan variëren, afhankelijk van hoe vaak een sensor metingen doorgeeft.

In een ideaal netwerk deze sensoren moeten constant updates kunnen doorgeven, het verstrekken van de meest verse, meest actuele status voor elke meetbare functie, van bandenspanning tot de nabijheid van obstakels. Maar er zijn maar zoveel gegevens die een draadloos kanaal kan verzenden zonder het netwerk volledig te overweldigen.

Hoe, dan, kan een constant bijgewerkt netwerk van sensoren, drones, of voertuigen voor het delen van gegevens - minimaliseer de ouderdom van de informatie die het op elk moment ontvangt, terwijl u tegelijkertijd gegevensopstoppingen vermijdt?

Ingenieurs van MIT's Laboratory for Information and Decision Systems pakken deze vraag aan en hebben een manier bedacht om de meest recente gegevens te leveren voor een eenvoudig draadloos netwerk.

De onderzoekers zeggen dat hun methode kan worden toegepast op eenvoudige netwerken, zoals meerdere drones die positiecoördinaten verzenden naar een enkel controlestation, of sensoren in een industriële fabriek die statusupdates doorgeven aan een centrale monitor. Eventueel, het team hoopt nog complexere systemen aan te pakken, zoals netwerken van voertuigen die draadloos verkeersgegevens delen.

"Als u congestiegegevens uitwisselt, u wilt dat die informatie zo vers mogelijk is, " zegt Eytan Modiano, hoogleraar luchtvaart en ruimtevaart en lid van MIT's Laboratory for Information and Decision Systems. "Als het gedateerd is, je zou de verkeerde beslissing kunnen nemen. Daarom is het informatietijdperk belangrijk."

Modiano en zijn collega's presenteerden hun methode in een paper op IEEE's International Conference on Computation Communications (Infocom), waar het een Best Paper Award won. De krant zal in de toekomst online verschijnen. De hoofdauteur van het artikel is afgestudeerde student Igor Kadota; voormalig afgestudeerde student Abhishek Sinha is ook co-auteur.

Het vers houden

Traditionele netwerken zijn ontworpen om de hoeveelheid gegevens die ze via kanalen kunnen verzenden te maximaliseren, en minimaliseer de tijd die nodig is voor die gegevens om hun bestemming te bereiken. Pas onlangs hebben onderzoekers gekeken naar de leeftijd van de informatie - hoe vers of verouderd informatie is vanuit het perspectief van de ontvanger.

"Ik raakte voor het eerst enthousiast over dit probleem, denken in de context van UAV's - onbemande luchtvaartuigen die zich in een omgeving verplaatsen, en ze moeten positie-informatie uitwisselen om botsingen met elkaar te voorkomen, " zegt Modiano. "Als ze deze informatie niet vaak genoeg uitwisselen, ze zouden kunnen botsen. Dus deden we een stap achteruit en begonnen we te kijken naar het fundamentele probleem van het minimaliseren van de ouderdom van informatie in draadloze netwerken."

In deze nieuwe krant Het team van Modiano zocht naar manieren om de meest verse gegevens te leveren aan een eenvoudig draadloos netwerk. Ze hebben een basisnetwerk gemodelleerd, bestaande uit een enkele gegevensontvanger, zoals een centraal controlestation, en meerdere knooppunten, zoals verschillende data-transmitterende drones.

De onderzoekers gingen ervan uit dat slechts één node op elk moment gegevens via een draadloos kanaal kan verzenden. De vraag die ze wilden beantwoorden:welk knooppunt moet op welk moment gegevens verzenden, om ervoor te zorgen dat het netwerk de meest recente gegevens ontvangt, gemiddeld, van alle knooppunten?

"We zijn beperkt in bandbreedte, dus we moeten selectief zijn over wat en wanneer knooppunten verzenden, " zegt Modiano. "We zeggen, hoe minimaliseren we de leeftijd in deze eenvoudigste omgeving? Kunnen we dit oplossen? En dat hebben we gedaan."

Een optimale leeftijd

De oplossing van het team ligt in een eenvoudig algoritme dat in wezen een "index" berekent voor elk knooppunt op een bepaald moment. De index van een knooppunt is gebaseerd op verschillende factoren:de leeftijd, of versheid van de gegevens die het verzendt; de betrouwbaarheid van het kanaal waarover wordt gecommuniceerd; en de algemene prioriteit van dat knooppunt.

"Bijvoorbeeld, misschien heb je een duurdere drone, of snellere drone, en je graag betere of nauwkeurigere informatie over die drone wilt hebben. Dus, die kun je met een hoge prioriteit instellen, " legt Kadota uit.

Knooppunten met een hogere prioriteit, een betrouwbaarder kanaal, en oudere gegevens, een hogere index krijgen, versus knooppunten met een relatief lage prioriteit, communiceren via spottier-kanalen, met nieuwere gegevens, die zijn gelabeld met een lagere index.

De index van een knooppunt kan van moment tot moment veranderen. Op elk moment, het algoritme stuurt het knooppunt met de hoogste index om zijn gegevens naar de ontvanger te verzenden. Op deze manier van prioriteren het team ontdekte dat het netwerk gemiddeld gegarandeerd de meest recente gegevens ontvangt, van alle knooppunten, zonder de draadloze kanalen te overbelasten.

Het team berekende een ondergrens, wat betekent een gemiddelde leeftijd van informatie voor het netwerk die verser is dan enig algoritme ooit zou kunnen bereiken. Ze ontdekten dat het algoritme van het team zeer dicht bij deze grens presteert, en dat het bijna het beste is dat elk algoritme zou kunnen doen in termen van het leveren van de meest verse gegevens voor een eenvoudig draadloos netwerk.

"We kwamen met een fundamentele grens die zegt:je kunt onmogelijk een lagere leeftijd van informatie hebben dan deze waarde - geen algoritme kan beter zijn dan deze grens - en toen toonden we aan dat ons algoritme dicht bij die grens kwam, " zegt Modiano. "Dus het is bijna optimaal."

Het team is van plan zijn indexschema te testen op een eenvoudig netwerk van radio's, waarin één radio als basisstation kan dienen, tijdgevoelige gegevens ontvangen van verschillende andere radio's. De groep van Modiano ontwikkelt ook algoritmen om de ouderdom van informatie in complexere netwerken te optimaliseren.

"Onze toekomstige papers zullen verder kijken dan slechts één basisstation, naar een netwerk met meerdere basisstations, en hoe dat op elkaar inwerkt, " zegt Modiano. "En dat zal hopelijk een veel groter probleem oplossen."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.