Per le reti wireless che condividono al volo informazioni sensibili al fattore tempo, non è sufficiente trasmettere i dati velocemente. Anche questi dati devono essere freschi. Considera i numerosi sensori nella tua auto. Sebbene la maggior parte dei sensori possa impiegare meno di un secondo per trasmettere un pacchetto di dati a un processore centrale, l'età di tali dati può variare, a seconda della frequenza con cui un sensore trasmette le letture.

In una rete ideale, questi sensori dovrebbero essere in grado di trasmettere aggiornamenti costantemente, fornendo il più fresco, stato più attuale per ogni caratteristica misurabile, dalla pressione dei pneumatici alla vicinanza di ostacoli. Ma ci sono solo così tanti dati che un canale wireless può trasmettere senza sovraccaricare completamente la rete.

Come, poi, può una rete in costante aggiornamento di sensori, droni, o veicoli per la condivisione dei dati:ridurre al minimo l'età delle informazioni che riceve in qualsiasi momento, evitando allo stesso tempo la congestione dei dati?

Gli ingegneri del Laboratory for Information and Decision Systems del MIT stanno affrontando questa domanda e hanno escogitato un modo per fornire i dati più freschi possibili per una semplice rete wireless.

I ricercatori affermano che il loro metodo può essere applicato a reti semplici, come più droni che trasmettono le coordinate di posizione a una singola stazione di controllo, o sensori in un impianto industriale che trasmettono gli aggiornamenti di stato a un monitor centrale. Infine, il team spera di affrontare sistemi ancora più complessi, come le reti di veicoli che condividono i dati sul traffico in modalità wireless.

"Se stai scambiando informazioni sulla congestione, vorresti che le informazioni fossero il più fresche possibile, "dice Eytan Modiano, professore di aeronautica e astronautica e membro del Laboratory for Information and Decision Systems del MIT. "Se è datato, potresti prendere la decisione sbagliata. Ecco perché l'era dell'informazione è importante".

Modiano e i suoi colleghi hanno presentato il loro metodo in un articolo alla Conferenza internazionale sulle comunicazioni computazionali (Infocom) dell'IEEE. dove ha vinto il Best Paper Award. Il documento apparirà online in futuro. L'autore principale del documento è lo studente laureato Igor Kadota; anche l'ex studente laureato Abhishek Sinha è un co-autore.

Mantenerlo fresco

Le reti tradizionali sono progettate per massimizzare la quantità di dati che possono trasmettere attraverso i canali, e ridurre al minimo il tempo necessario affinché i dati raggiungano la destinazione. Solo di recente i ricercatori hanno preso in considerazione l'età delle informazioni, ovvero quanto le informazioni siano fresche o stantie dal punto di vista del destinatario.

"Mi sono entusiasmato per la prima volta per questo problema, pensando nel contesto degli UAV, veicoli aerei senza equipaggio che si muovono in un ambiente, e hanno bisogno di scambiare informazioni sulla posizione per evitare collisioni tra loro, " dice Modiano. "Se non si scambiano abbastanza spesso queste informazioni, potrebbero scontrarsi. Quindi abbiamo fatto un passo indietro e abbiamo iniziato a esaminare il problema fondamentale di come ridurre al minimo l'età delle informazioni nelle reti wireless".

In questo nuovo documento, Il team di Modiano ha cercato modi per fornire i dati più freschi possibili a una semplice rete wireless. Hanno modellato una rete di base, costituito da un unico ricevitore di dati, come una stazione di controllo centrale, e più nodi, come diversi droni che trasmettono dati.

I ricercatori hanno ipotizzato che solo un nodo alla volta possa trasmettere dati su un canale wireless. La domanda a cui si proponevano di rispondere:quale nodo dovrebbe trasmettere i dati in quale momento, per garantire che la rete riceva i dati più freschi possibili, in media, da tutti i nodi?

"Siamo limitati nella larghezza di banda, quindi dobbiamo essere selettivi su cosa e quando i nodi stanno trasmettendo, " dice Modiano. "Noi diciamo, come riduciamo al minimo l'età in questa semplice delle impostazioni? Possiamo risolvere questo? E lo abbiamo fatto".

Un'età ottimale

La soluzione del team risiede in un semplice algoritmo che essenzialmente calcola un "indice" per ogni nodo in un dato momento. L'indice di un nodo si basa su diversi fattori:l'età, o freschezza dei dati che sta trasmettendo; l'affidabilità del canale su cui sta comunicando; e la priorità complessiva di quel nodo.

"Per esempio, potresti avere un drone più costoso, o drone più veloce, e vorresti avere informazioni migliori o più accurate su quel drone. Così, puoi impostare quello con una priorità alta, "Spiega Kadota.

Nodi con una priorità più alta, un canale più affidabile, e dati più vecchi, viene assegnato un indice più alto, rispetto ai nodi con priorità relativamente bassa, comunicare su canali più spotti, con dati più recenti, che sono etichettati con un indice più basso.

L'indice di un nodo può cambiare di momento in momento. In un dato momento, l'algoritmo indirizza il nodo con l'indice più alto a trasmettere i suoi dati al ricevitore. In questo modo prioritario, il team ha scoperto che la rete è garantita per ricevere in media i dati più freschi possibili, da tutti i nodi, senza sovraccaricare i suoi canali wireless.

La squadra ha calcolato un limite inferiore, il che significa un'età media delle informazioni per la rete che è più fresca di quella che qualsiasi algoritmo potrebbe mai raggiungere. Hanno scoperto che l'algoritmo del team funziona molto vicino a questo limite, e che è vicino al meglio che qualsiasi algoritmo potrebbe fare in termini di fornire i dati più freschi possibili per una semplice rete wireless.

"Abbiamo trovato un limite fondamentale che dice, non è possibile avere un'età dell'informazione inferiore a questo valore - nessun algoritmo potrebbe essere migliore di questo limite - e poi abbiamo mostrato che il nostro algoritmo si è avvicinato a quel limite, " Dice Modiano. "Quindi è vicino all'ottimale."

Il team sta pianificando di testare il suo schema di indice su una semplice rete di radio, in cui una radio può fungere da stazione base, ricezione di dati sensibili al tempo da diverse altre radio. Il gruppo di Modiano sta anche sviluppando algoritmi per ottimizzare l'età dell'informazione in reti più complesse.

"I nostri giornali futuri guarderanno oltre una sola stazione base, a una rete con più stazioni base, e come questo interagisce, " dice Modiano. "E si spera che questo risolva un problema molto più grande."

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.