Koliko su sveži vaši podaci? Za dronove koji pretražuju zonu katastrofe ili robote koji pregledaju zgradu, rad sa najnovijim podacima je ključan za lociranje preživelog ili prijavljivanje potencijalne opasnosti. Ali kada više robota istovremeno prenosi vremensko osetljive informacije preko bežične mreže, može doći do saobraćajne gužve podataka. Sve informacije koje prođu suviše su ustajale da bi se smatrale korisnim izveštajem u realnom vremenu.
Sada, inženjeri MIT-a možda imaju rešenje. Razvili su metod za prilagođavanje bilo koje bežične mreže za rukovanje velikim opterećenjem vremenski osetljivih podataka koji dolaze iz više izvora. Njihov novi pristup, nazvan ViSvarm, konfiguriše bežičnu mrežu da kontroliše tok informacija iz više izvora, istovremeno osiguravajući da mreža prenosi najnovije podatke.
Tim je koristio svoj metod za podešavanje konvencionalnog Vi-Fi rutera i pokazao da prilagođena mreža može delovati kao efikasan saobraćajni policajac, sposoban da odredi prioritete i prenese najnovije podatke kako bi više dronova za praćenje vozila bila na zadatku.
Metoda tima, koju će predstaviti u maju na IEEE Međunarodnoj konferenciji o računarskim komunikacijama (INFOCOM), nudi praktičan način za više robota da komuniciraju preko dostupnih Vi-Fi mreža tako da ne moraju da nose glomazne i skupe komunikacije i obradu. hardver na brodu.
Autori studije MIT-a su Vishrant Tripathi, Ezra Tal, Muhammad Shahir Rahman, Alekander Varren, Sertac Karaman i Eitan Modiano iz Laboratorije za informacione sisteme i sisteme odlučivanja (LIDS), zajedno sa Igorom Kadotom SM ’16, Ph.D. ’20 na Univerzitetu Kolumbija.
Pristup tima odstupa od tipičnog načina na koji su roboti dizajnirani da komuniciraju podatke.
„Ono što se dešava u većini standardnih mrežnih protokola je pristup „prvi dođe, prvi uslužen“, objašnjava Tripati. „Ulazi video okvir, vi ga obrađujete. Drugi dolazi, vi ga obrađujete. Ali ako je vaš zadatak osetljiv na vreme, kao što je pokušaj da otkrijete gde se nalazi pokretni objekat, onda su svi stari video okviri beskorisni. želim je najnoviji video okvir.“
U teoriji, alternativni pristup „poslednji ušao, prvi izašao“ bi mogao pomoći da podaci budu svježi. Koncept je sličan kuvaru koji stavlja jela jedno po jedno dok su vruća van linije. Ako želite najsvežiji tanjir, želeli biste poslednji koji se pridružio redu. Isto važi i za podatke, ako vam je stalo do „doba informacija“ ili najažurnijih podataka.
„Starost informacija je nova metrika za svežinu informacija koja razmatra kašnjenje iz perspektive aplikacije“, objašnjava Modiano. „Na primer, svežina informacija je važna za autonomno vozilo koje se oslanja na različite ulaze senzora. Senzor koji meri blizinu prepreka kako bi se izbegao sudar zahteva svežije informacije od senzora koji meri nivoe goriva.“
Tim je nastojao da da prioritet informacijama o starosti, tako što je uključio protokol „poslednji ušao, prvi izašao“ za više robota koji rade zajedno na vremenski osetljivim zadacima. Cilj im je bio da to urade preko konvencionalnih bežičnih mreža, pošto je Vi-Fi sveobuhvatan i ne zahteva glomazan hardver za komunikaciju na brodu za pristup.
Međutim, bežične mreže imaju veliki nedostatak: one su po prirodi distribuirane i ne daju prioritet primanju podataka iz bilo kog izvora. Bežični kanal se tada može brzo začepiti kada više izvora istovremeno šalje podatke. Čak i sa protokolom „poslednji ušao, prvi izašao“, došlo bi do kolizije podataka. U vežbi osetljivoj na vreme, sistem bi se pokvario.
Kao rešenje, tim je razvio ViSvarm — algoritam za planiranje koji se može pokrenuti na centralizovanom računaru i upariti sa bilo kojom bežičnom mrežom za upravljanje višestrukim tokovima podataka i davanje prioriteta najnovijim podacima.
Umesto da pokušava da preuzme svaki paket podataka iz svakog izvora u svakom trenutku u vremenu, algoritam određuje koji izvor u mreži treba da pošalje podatke sledeći. Taj izvor (dron ili robot) bi zatim posmatrao protokol „poslednji ušao, prvi izašao“ da pošalje svoj najnoviji deo podataka preko bežične mreže do centralnog procesora.
Algoritam određuje koji izvor treba da prenosi podatke sledeći procenjujući tri parametra: opštu težinu drona ili prioritet (na primer, dron koji prati brzo vozilo možda će morati da se ažurira češće, i stoga bi imao veći prioritet u odnosu na praćenje bespilotne letelice sporije vozilo); starost informacija o dronu ili koliko je prošlo od kada je dron poslao ažuriranje; i pouzdanost kanala drona, ili verovatnoća uspešnog prenosa podataka.
Množenjem ova tri parametra za svaki dron u bilo kom trenutku, algoritam može da zakaže dronove da prijave ažuriranja putem bežične mreže jedno po jedno, bez začepljenja sistema i na način koji obezbeđuje najnovije podatke za uspešno sprovođenje vremena -osetljiv zadatak.
Tim je testirao svoj algoritam sa više dronova za praćenje mobilnosti. Opremili su leteće bespilotne letelice malom kamerom i osnovnim kompjuterskim čipom sa omogućenom Vi-Fi mrežom, koji je koristio za kontinuirano prosleđivanje slika centralnom računaru umesto da koristi glomazni računarski sistem na brodu. Programirali su dronove da prelete i prate mala vozila koja se nasumično kreću po zemlji.
Kada je tim upario mrežu sa svojim algoritmom, računar je bio u mogućnosti da primi najnovije slike od najrelevantnijih dronova, koje je koristio da bi zatim slao komande nazad dronovi kako bi ih zadržao na putu vozila.
Kada su istraživači vodili eksperimente sa dva drona, metoda je bila u stanju da prenese podatke koji su bili dva puta svežiji, što je rezultiralo šest puta boljim praćenjem, u poređenju sa slučajem kada su dva drona izvela isti eksperiment samo sa Vi-Fi. Kada su sistem proširili na pet dronova i pet kopnenih vozila, sam Vi-Fi nije mogao da izdrži veći promet podataka, a dronovi su brzo izgubili trag zemaljskim vozilima. Sa ViSvarm-om, mreža je bila bolje opremljena i omogućila je svim bespilotnim letelicama da nastave da prate svoja vozila.
„Naš je prvi rad koji pokazuje da doba informacija može da funkcioniše za stvarne robotske aplikacije“, kaže Tal.
U bliskoj budućnosti, jeftini i okretni dronovi mogli bi da rade zajedno i komuniciraju preko bežičnih mreža kako bi izvršili zadatke kao što su inspekcija zgrada, poljoprivrednih polja i vetroelektrana i solarnih farmi. Dalje u budućnosti, on vidi da je pristup od suštinskog značaja za upravljanje protokom podataka u pametnim gradovima.
„Zamislite da samovozeći automobili dolaze na raskrsnicu koja ima senzor koji vidi nešto iza ugla“, kaže Karaman. „Koji automobil bi prvi trebalo da dobije te podatke? To je problem gde su važni tajming i svežina podataka.“
