Pour les réseaux sans fil qui partagent des informations urgentes à la volée, il ne suffit pas de transmettre des données rapidement. Ces données doivent également être fraîches. Considérez les nombreux capteurs dans votre voiture. Bien que la plupart des capteurs puissent mettre moins d'une seconde pour transmettre un paquet de données à un processeur central, l'âge de ces données peut varier, selon la fréquence à laquelle un capteur transmet des lectures.

Dans un réseau idéal, ces capteurs doivent pouvoir transmettre des mises à jour en permanence, fournir le plus frais, état le plus actuel pour chaque caractéristique mesurable, de la pression des pneus à la proximité d'obstacles. Mais il n'y a qu'une quantité limitée de données qu'un canal sans fil peut transmettre sans submerger complètement le réseau.

Comment, alors, un réseau constamment mis à jour - de capteurs, drones, ou des véhicules de partage de données - minimiser l'âge des informations qu'il reçoit à tout moment, tout en évitant la congestion des données ?

Les ingénieurs du Laboratoire des systèmes d'information et de décision du MIT s'attaquent à cette question et ont trouvé un moyen de fournir les données les plus récentes possibles pour un simple réseau sans fil.

Les chercheurs disent que leur méthode peut être appliquée à des réseaux simples, tels que plusieurs drones qui transmettent les coordonnées de position à une seule station de contrôle, ou des capteurs dans une installation industrielle qui transmettent les mises à jour d'état à un moniteur central. Finalement, l'équipe espère s'attaquer à des systèmes encore plus complexes, tels que les réseaux de véhicules qui partagent sans fil les données de trafic.

« Si vous échangez des informations sur les embouteillages, vous voudriez que ces informations soient aussi récentes que possible, " dit Eytan Modiano, professeur d'aéronautique et d'astronautique et membre du Laboratoire des systèmes d'information et de décision du MIT. "Si c'est daté, vous pourriez prendre la mauvaise décision. C'est pourquoi l'âge de l'information est important."

Modiano et ses collègues ont présenté leur méthode dans un article à la conférence internationale de l'IEEE sur les communications informatiques (Infocom), où il a remporté le prix du meilleur article. Le document paraîtra en ligne à l'avenir. L'auteur principal de l'article est l'étudiant diplômé Igor Kadota; l'ancien étudiant diplômé Abhishek Sinha est également co-auteur.

Le garder frais

Les réseaux traditionnels sont conçus pour maximiser la quantité de données qu'ils peuvent transmettre à travers les canaux, et minimiser le temps nécessaire pour que ces données atteignent leur destination. Ce n'est que récemment que les chercheurs se sont penchés sur l'âge de l'information – à quel point l'information est récente ou périmée du point de vue de son destinataire.

"Je me suis d'abord excité à propos de ce problème, penser dans le contexte des UAV - des véhicules aériens sans pilote qui se déplacent dans un environnement, et ils ont besoin d'échanger des informations de position pour éviter les collisions les uns avec les autres, " dit Modiano. " S'ils n'échangent pas assez souvent ces informations, ils pourraient entrer en collision. Nous avons donc pris du recul et commencé à examiner le problème fondamental de la façon de minimiser l'âge des informations dans les réseaux sans fil. »

Dans ce nouveau papier, L'équipe de Modiano a cherché des moyens de fournir les données les plus récentes possibles à un simple réseau sans fil. Ils ont modélisé un réseau de base, consistant en un seul récepteur de données, comme un poste de contrôle central, et plusieurs nœuds, tels que plusieurs drones de transmission de données.

Les chercheurs ont supposé qu'un seul nœud peut transmettre des données sur un canal sans fil à un moment donné. La question à laquelle ils se sont attachés à répondre :quel nœud doit transmettre des données à quel moment, pour s'assurer que le réseau reçoive les données les plus récentes possible, en moyenne, de tous les nœuds ?

"Nous sommes limités en bande passante, nous devons donc être sélectifs sur ce que les nœuds transmettent et quand, " dit Modiano. " Nous disons, comment minimiser l'âge dans ce cadre des plus simples ? Pouvons-nous résoudre cela? Et nous l'avons fait."

Un âge optimal

La solution de l'équipe réside dans un algorithme simple qui calcule essentiellement un "indice" pour chaque nœud à un moment donné. L'indice d'un nœud est basé sur plusieurs facteurs :l'âge, ou la fraîcheur des données qu'il transmet ; la fiabilité du canal sur lequel il communique; et la priorité globale de ce nœud.

"Par exemple, vous pouvez avoir un drone plus cher, ou drone plus rapide, et vous aimeriez avoir des informations meilleures ou plus précises sur ce drone. Donc, vous pouvez définir celui-ci avec une priorité élevée, " explique Kadota.

Les nœuds avec une priorité plus élevée, un canal plus fiable, et des données plus anciennes, se voient attribuer un indice plus élevé, par rapport aux nœuds qui sont relativement peu prioritaires, communiquer sur des canaux plus précis, avec des données plus fraîches, qui sont étiquetés avec un indice inférieur.

L'index d'un nœud peut changer d'un instant à l'autre. À n'importe quel moment donné, l'algorithme ordonne au nœud ayant l'indice le plus élevé de transmettre ses données au récepteur. De cette manière prioritaire, l'équipe a constaté que le réseau est assuré de recevoir les données les plus récentes possibles en moyenne, de tous les nœuds, sans surcharger ses canaux sans fil.

L'équipe a calculé une borne inférieure, ce qui signifie un âge moyen des informations pour le réseau qui est plus récent que n'importe quel algorithme ne pourrait jamais atteindre. Ils ont constaté que l'algorithme de l'équipe fonctionne très près de cette limite, et qu'il est proche du meilleur qu'un algorithme puisse faire pour fournir les données les plus récentes possibles pour un simple réseau sans fil.

« Nous avons trouvé une limite fondamentale qui dit :vous ne pouvez pas avoir un âge d'information inférieur à cette valeur - aucun algorithme ne pourrait être meilleur que cette limite - et nous avons ensuite montré que notre algorithme s'approchait de cette limite, " Modiano dit. "Donc c'est proche de l'optimum."

L'équipe envisage de tester son schéma d'indexation sur un simple réseau de radios, dans laquelle une radio peut servir de station de base, recevoir des données urgentes de plusieurs autres radios. Le groupe de Modiano développe également des algorithmes pour optimiser l'âge de l'information dans des réseaux plus complexes.

"Nos futurs papiers vont au-delà d'une seule station de base, à un réseau avec plusieurs stations de base, et comment cela interagit, ", dit Modiano. "Et cela résoudra, espérons-le, un problème beaucoup plus important."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.