新算法使无线网络中的数据保持新鲜

对于实时共享对时间敏感的信息的无线网络，不足以快速传输数据。这些数据也需要新鲜。考虑一下汽车中的许多传感器。尽管大多数传感器可能需要不到一秒钟的时间才能将数据包发送到中央处理器，但数据的使用期限可能会有所变化，具体取决于传感器中继读数的频率。

在理想的网络中，这些传感器应该能够不断传输更新，从而为从轮胎压力到障碍物附近的每个可测量特征提供最新，最新的状态。但是，只有如此之多的数据，无线通道可以传输而不会完全淹没网络。

那么，如何不断更新的网络(包括传感器，无人机或共享数据的车辆)如何最大程度地缩短随时接收的信息的使用期限，同时又避免数据拥塞?

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数据的方法。

研究人员说，他们的方法可能适用于简单的网络，例如将位置坐标传输到单个控制站的多架无人机，或将状态更新中继到中央监视器的工业工厂中的传感器。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。

麻省理工学院信息与决策系统实验室的成员，航空与航天学教授Eytan Modiano说：“如果要交换拥塞信息，则希望该信息尽可能新鲜。”“如果过时，您可能会做出错误的决定。这就是信息时代很重要的原因。”

Modiano和他的同事在IEEE国际计算通信会议(Infocom)上的一篇论文中介绍了他们的方法，并获得了最佳论文奖。该论文将来会在线发表。该论文的主要作者是研究生伊戈尔·卡多塔。前研究生Abhishek Sinha还是合著者。

保持新鲜

传统网络旨在最大程度地增加它们可以跨通道传输的数据量，并最大程度地缩短数据到达目的地所需的时间。直到最近，研究人员才考虑到信息的年龄-从接收者的角度来看，信息是多么新鲜或过时。

莫迪亚诺说：“我首先对这个问题感到兴奋，是在无人机的环境中思考的。无人机是在环境中四处走动的无人机，它们需要交换位置信息以避免彼此碰撞。”“如果他们交换信息的频率不够高，它们可能会发生冲突。因此我们退后一步，开始研究如何最大程度地减少无线网络中信息寿命的根本问题。”

在这份新论文中，Modiano的团队寻找了向简单的无线网络提供最新数据的方法。他们对一个基本网络进行了建模，该网络由单个数据接收器(例如中央控制站)和多个节点(例如多个数据传输无人机)组成。

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。他们提出的问题是：哪个节点应该在何时传输数据，以确保网络平均平均从所有节点接收最新数据?

“我们的带宽有限，因此我们需要对节点传输的内容和时间进行选择，” Modiano说。“我们说，如何在这种最简单的环境中使年龄最小化?我们能解决这个问题吗?我们做到了。”

最佳年龄

团队的解决方案在于一种简单的算法，该算法实质上可以在任何给定时刻为每个节点计算一个“索引”。节点的索引基于以下几个因素：节点的年龄或所传输数据的新鲜度;它所通信的信道的可靠性;以及该节点的整体优先级。

Kadota解释说：“例如，您可能拥有更昂贵的无人机，或者更快的无人机，并且您希望获得有关该无人机的更好或更准确的信息。因此，您可以将其设置为高优先级。”

优先级较高，通道更可靠和数据较旧的节点被分配较高的索引，而优先级相对较低的节点则通过点层通道进行通信，并以较新的数据进行通信，这些节点被标记为较低的索引。

节点的索引可能会随时变化。在任何给定的时刻，该算法都会引导索引最高的节点将其数据发送到接收器。通过这种优先排序方式，团队发现，可以保证网络平均从所有节点接收最新数据，而不会使无线信道过载。

该团队计算了一个下限，这意味着该网络的平均信息寿命比任何算法所能达到的都要新。他们发现，该团队的算法的性能非常接近此界限，就为简单的无线网络提供尽可能最新的数据而言，它已接近任何算法所能达到的最佳性能。

“我们提出了一个基本界限，说您不可能拥有比这个值低的信息年龄¬–没有一种算法可以比这个界限更好–然后我们证明了我们的算法接近这个界限。”莫迪亚诺说。“因此它接近最佳。”

该小组计划在一个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用作基站，从其他几个无线电接收对时间敏感的数据。Modiano小组还正在开发算法，以优化更复杂网络中信息的年龄。

莫迪亚诺说：“我们未来的论文将不仅仅局限于一个基站，而是一个具有多个基站的网络，以及它们如何相互作用。”“这有望解决更大的问题。”

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