无线网络的数据更新

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对于在时间上共享时间敏感信息的无线网络来说,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钟,但数据的年龄可能会有所不同,这取决于传感器中继读取的频率。在理想的网络中,这些传感器应该能够不断地传送更新,为每一个可测量的特征提供最新鲜的、最新的状态,从轮胎压力到障碍物的接近。但是,只有这么多的数据,无线信道可以传输,而没有完全压倒网络。那么,一个不断更新的网络——传感器、无人机或数据共享工具——如何在任何时候最小化它接收的信息的年龄,同时避免数据拥塞?麻省理工学院信息和决策系统实验室的工程师们正着手解决这个问题,并想出了一种方法,为一个简单的无线网络提供最新的数据。研究人员说,他们的方法可以应用于简单的网络,例如多个无人机,它们将位置坐标传送到单个控制站,或者在工业设备中的传感器,将状态更新中继到中央监视器。最终,该团队希望解决更复杂的系统,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,”航空航天学教授Eytan Modiano和麻省理工学院信息和决策系统实验室的一位成员说。“如果它过时了,你可能会做出错误的决定。这就是为什么信息时代是重要的。”Modiano和他的同事们在IEEE的计算通信国际会议(iFocom)的论文中展示了他们的方法,在那里他们赢得了一个最佳论文奖。这篇论文将来会出现在网上。本文的主要作者是研究生Igor Kadota;原研究生Abhishek Sinha也是合著者。保持新鲜的传统网络被设计为最大化它们可以跨信道传输的数据量,并最小化数据到达目的地所需的时间。直到最近,研究人员才从信息接收者的角度考虑信息的年龄——新鲜或陈旧的信息。Modiano说:“我首先对这个问题感到兴奋,在无人机的环境中思考,在环境中移动的无人机,它们需要交换位置信息以避免彼此碰撞。”“如果他们不经常交换这些信息,他们可能会发生冲突。于是我们退后一步,开始研究如何在无线网络中最小化信息时代的根本问题。“在这篇新论文中,MetaMo的团队寻找如何将最新的数据提供给一个简单的无线网络的方法。他们模拟了一个基本的网络,包括一个单一的数据接收器,例如一个中央控制站,以及多个节点,例如多个数据传输无人机。研究人员假设只有一个节点可以在任何给定的时间通过无线信道传输数据。他们要回答的问题是:哪个节点应该在何时发送数据,以确保网络从所有节点平均接收到最新鲜的数据?Modiano说:“我们的带宽有限,所以我们需要对什么时候和什么时候传输节点有选择性。”“我们说,我们如何在这个最简单的环境中最小化年龄?我们能解决这个问题吗?这个团队的解决方案在于一个简单的算法,它基本上为每个节点在任何给定时刻计算一个“索引”。节点的索引基于几个因素:其发送的数据的年龄或新鲜度;其通信的信道的可靠性;以及该节点的总体优先级。例如,你可能有一个更昂贵的无人机,或者更快的无人驾驶飞机,并且你希望有更好或更准确的关于无人机的信息。所以,你可以设置一个高优先级的,“Kadota解释说。具有较高优先级、更可靠信道和较旧数据的节点被赋予更高的索引,而相对于优先级相对较低的节点,则通过更清晰的信道进行通信,并用较低的索引标记较新鲜的数据。节点的索引可以从一个时刻到另一个时刻变化。在任何给定时刻,该算法指示具有最高索引的节点将其数据发送到接收器。在这个优先化的方式中,团队发现网络保证从所有节点平均接收最新鲜的数据,而不重载它的无线信道。团队计算出一个下界,这意味着网络的平均信息年龄比任何算法都能达到的更新鲜。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提供最简单的无线网络最新可能的数据方面所能做到的最好。“我们提出了一个基本的界限,即,你不可能有比这个值低的信息年龄——没有算法能比这个界限更好,然后我们证明我们的算法接近这个界限,”Modiano说。这个团队计划在一个简单的无线电网络上测试它的索引方案,其中一个无线电可以作为一个基站,从其他几个无线电接收到时间敏感的数据。MudioNo的小组也正在开发算法来优化信息在更复杂的网络中的年龄。Modiano说:“我们未来的论文将只看一个基站,到一个有多个基站的网络,以及它是如何相互作用的。”“这将有望解决一个更大的问题。”这项研究部分是由国家科学基金会(NSF)和陆军研究办公室(ARO)资助的。

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