Informatycy opracowali D-REC, metodę optymalizacji buforowania brzegowego, która wykorzystuje „cyfrowego bliźniaka” do prognozowania i ulepszania przechowywania danych w sieciach bezprzewodowych, zwiększając w ten sposób szybkość i niezawodność.
Nowa metoda buforowania brzegowego wykorzystująca „cyfrowego bliźniaka” znacznie poprawia wydajność sieci bezprzewodowej, przewidywając potrzeby użytkowników w zakresie danych i optymalizując przechowywanie danych, zwiększając w ten sposób niezawodność i szybkość sieci. Naukowcy chcą przetestować tę metodę w rzeczywistych zastosowaniach.
Badacze zajmujący się informatyką opracowali pionierską nową technikę przewidywania potrzeb użytkowników komputerów bezprzewodowych w zakresie danych, zanim one się pojawią, zwiększając szybkość i niezawodność sieci bezprzewodowych. Ta innowacyjna metoda wykorzystuje technologię „cyfrowego bliźniaka”, która replikuje obsługiwaną przez nią sieć, umożliwiając proaktywne zarządzanie danymi.
Problemem jest coś, co nazywa się buforowaniem brzegowym. Buforowanie odnosi się do przechowywania danych na serwerze, które według systemu lub sieci będą używane (lub ponownie wykorzystywane) przez użytkowników w najbliższej przyszłości. Dzięki temu system może szybciej spełniać wymagania użytkowników, niż gdyby system musiał pobierać dane z oryginalnego źródła. Buforowanie brzegowe ma miejsce wtedy, gdy system buforuje dane na serwerze znajdującym się najbliżej użytkownika końcowego, na przykład na komputerach podłączonych do routerów sieciowych lub znajdujących się z nimi w kolokacji.
„Dwa duże wyzwania polegają na określeniu, które dane muszą być buforowane i ile danych serwer brzegowy powinien przechowywać w danym momencie” – mówi Yuchen Liu, autor korespondent artykułu na temat tej pracy i adiunkt informatyki na Uniwersytecie Uniwersytet Stanowy Karoliny Północnej. „Systemy nie mogą umieszczać wszystkiego w brzegowych pamięciach podręcznych, a przechowywanie zbyt dużej ilości nadmiarowych danych na serwerze brzegowym może spowolnić serwer, jeśli dane zużywają zbyt wiele zasobów obliczeniowych. W rezultacie systemy stale podejmują decyzje dotyczące tego, które pakiety danych należy przechowywać, a które można usunąć.
„Im dokładniejszy jest system w przewidywaniu, jakich danych faktycznie będą potrzebować użytkownicy i ile danych powinny przechowywać serwery brzegowe, tym lepsza wydajność systemu” – mówi Liu. „Nasza praca skupiała się na ulepszaniu tych prognoz”.
D-REC: nowa metoda optymalizacji buforowania brzegowego
Nowa metoda optymalizacji buforowania brzegowego, zwana D-REC, wykorzystuje technikę modelowania obliczeniowego zwaną cyfrowym bliźniakiem. Cyfrowy bliźniak to wirtualny model prawdziwego obiektu. W przypadku D-REC cyfrowy bliźniak to wirtualny model zdefiniowanej sieci bezprzewodowej – niezależnie od tego, czy jest to sieć komórkowa, czy sieć Wi-Fi.
„Metodę tę można zastosować w dowolnej sieci bezprzewodowej, w zależności od potrzeb administratora systemu lub operatora sieci” – mówi Liu. „D-REC można dostosować do potrzeb użytkownika.”
W D-REC cyfrowy bliźniak pobiera dane w czasie rzeczywistym z sieci bezprzewodowej i wykorzystuje je do przeprowadzania symulacji w celu przewidzenia, jakich danych najprawdopodobniej zażądają użytkownicy. Te przewidywania są następnie wysyłane z powrotem do sieci, aby informować o decyzjach dotyczących buforowania brzegowego sieci. Ponieważ symulacje są wykonywane przez komputer znajdujący się poza siecią, nie spowalnia to wydajności sieci.
Wydajność i możliwości predykcyjne D-REC
Naukowcy wykorzystali zbiory danych o otwartym kodzie źródłowym, aby ustalić, czy sieć bezprzewodowa działa wydajniej dzięki technologii D-REC. Naukowcy przeprowadzili szeroko zakrojone eksperymenty, których celem było uwzględnienie wielu zmiennych, takich jak skala sieci, liczba użytkowników w sieci i tak dalej.
„D-REC przewyższa konwencjonalne podejścia” – mówi Liu. „Nasza technika poprawiła zdolność sieci do dokładnego przewidywania, które dane powinny być buforowane na krawędzi. D-REC pomógł także systemom w lepszym równoważeniu przechowywania danych w sieciach.”
Ponadto, ponieważ cyfrowy bliźniak D-REC koncentruje się na przewidywaniu zachowania sieci, może z wyprzedzeniem identyfikować potencjalne problemy.
„Na przykład, jeśli cyfrowy bliźniak uzna, że istnieje duże prawdopodobieństwo przeciążenia określonej stacji bazowej lub serwera, można powiadomić sieć, co umożliwi jej redystrybucję danych w sieci w celu zachowania wydajności i niezawodności sieci, – mówi Liu.
„W tym momencie jesteśmy otwarci na współpracę z operatorami sieci w celu zbadania, w jaki sposób technologia D-REC może poprawić wydajność i niezawodność sieci w rzeczywistych sytuacjach”.
Odniesienie: „Digital Twin-Assisted Data-Driven Optimization for Reliable Edge Caching in Wireless Networks” autorstwa Zifana Zhanga, Yuchena Liu, Zhiyuana Penga, Mingzhe Chena, Dongkuana Xu i Shuguanga Cui, 22 lipca 2024 r., Dziennik IEEE dotyczący wybranych obszarów komunikacji.
DOI: 10.1109/JSAC.2024.3431575
Ta praca została wykonana przy wsparciu National Science Foundation w ramach grantów 2312138, 2312139 i 2332834.
