對(duì)于即時(shí)共享時(shí)間敏感信息的無(wú)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(shí)間，但數(shù)據(jù)的年齡可能會(huì)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(gè)可測(cè)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(wú)線信道可以傳輸而不會(huì)完全壓倒網(wǎng)絡(luò)。

那么，如何不斷更新網(wǎng)絡(luò) - 傳感器，無(wú)人機(jī)或數(shù)據(jù)共享工具 - 可以最大限度地縮短其隨時(shí)收到的信息的年齡，同時(shí)避免數(shù)據(jù)擁塞？

麻省理工學(xué)院信息與決策系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的工程師們正在解決這個(gè)問(wèn)題，并提出了一種為簡(jiǎn)單的無(wú)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(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)，例如將位置坐標(biāo)傳輸?shù)絾蝹€(gè)控制站的多個(gè)無(wú)人機(jī)，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(tuán)隊(duì)希望能夠解決更復(fù)雜的系統(tǒng)，例如無(wú)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(huì)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(shí)驗(yàn)室成員Eytan Modiano說(shuō)?！叭绻堰^(guò)時(shí)，你可能做出錯(cuò)誤的決定。這就是為什么信息時(shí)代很重要的原因?！?/p>

Modiano和他的同事在IEEE國(guó)際計(jì)算通信會(huì)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(jiǎng)。該論文將在未來(lái)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(dá)目的地所需的時(shí)間。直到最近，研究人員才開(kāi)始考慮信息的年齡 - 從收件人的角度來(lái)看，信息的新鮮程度或陳舊信息是多少。

“我首先對(duì)這個(gè)問(wèn)題感到興奮，在無(wú)人機(jī)的背景下思考 - 在環(huán)境中四處移動(dòng)的無(wú)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(shuō)。“如果他們不經(jīng)常交換這些信息，他們可能會(huì)發(fā)生沖突。所以我們退后一步，開(kāi)始研究如何最大限度地減少無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代的根本問(wèn)題?！?/p>

在這篇新論文中，Modiano的團(tuán)隊(duì)尋找方法為簡(jiǎn)單的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提供最新鮮的數(shù)據(jù)。他們建模了一個(gè)基本網(wǎng)絡(luò)，包括一個(gè)數(shù)據(jù)接收器，如中央控制站，以及多個(gè)節(jié)點(diǎn)，如幾個(gè)數(shù)據(jù)傳輸無(wú)人機(jī)。

研究人員假設(shè)在任何給定時(shí)間只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)無(wú)線信道傳輸數(shù)據(jù)。他們要回答的問(wèn)題是：哪個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)該在哪個(gè)時(shí)間傳輸數(shù)據(jù)，以確保網(wǎng)絡(luò)平均從所有節(jié)點(diǎn)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(diǎn)傳輸?shù)臅r(shí)間和節(jié)點(diǎn)，”Modiano說(shuō)?！拔覀冋f(shuō)，在這個(gè)最簡(jiǎn)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(gè)問(wèn)題嗎？我們做到了?！?/p>

最佳年齡

團(tuán)隊(duì)的解決方案在于一個(gè)簡(jiǎn)單的算法，它基本上可以在任何給定時(shí)刻為每個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算“索引”。節(jié)點(diǎn)的索引基于幾個(gè)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(diǎn)的總體優(yōu)先級(jí)。

“例如，你可能擁有更昂貴的無(wú)人機(jī)或更快的無(wú)人機(jī)，而且你希望獲得更好或更準(zhǔn)確的無(wú)人機(jī)信息。所以，你可以設(shè)置一個(gè)具有高優(yōu)先級(jí)的信息，”Kadota解釋道。

具有較高優(yōu)先級(jí)，更可靠信道和較舊數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)被分配較高的索引，而優(yōu)先級(jí)相對(duì)較低的節(jié)點(diǎn)通過(guò)spottier信道進(jìn)行通信，其中較新的數(shù)據(jù)用較低的索引標(biāo)記。

節(jié)點(diǎn)的索引可以隨時(shí)改變。在任何給定時(shí)刻，算法指示具有最高索引的節(jié)點(diǎn)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(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)保證平均從所有節(jié)點(diǎn)接收最新鮮的數(shù)據(jù)，而不會(huì)使其無(wú)線信道過(guò)載。

該團(tuán)隊(duì)計(jì)算了一個(gè)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(tuán)隊(duì)的算法非常接近這個(gè)界限，并且它接近于任何算法在為簡(jiǎn)單的無(wú)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(gè)基本的界限，即你不可能擁有比這個(gè)值更低的信息年齡? - 沒(méi)有算法可以比這個(gè)更好 - 然后我們證明了我們的算法接近那個(gè)界限，”莫迪亞諾說(shuō)?！八运咏罴褷顟B(tài)?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)上測(cè)試其索引方案，其中一個(gè)無(wú)線電可以作為基站，接收來(lái)自其他幾個(gè)無(wú)線電的時(shí)間敏感數(shù)據(jù)。Modiano的小組還在開(kāi)發(fā)算法，以優(yōu)化更復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的信息時(shí)代。

“我們未來(lái)的論文將超越一個(gè)基站，一個(gè)擁有多個(gè)基站的網(wǎng)絡(luò)，以及它們?nèi)绾蜗嗷プ饔?，”莫迪亞諾說(shuō)。“這將有望解決一個(gè)更大的問(wèn)題。”