Eine neue Methode verbessert die Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit von drahtlosen Netzwerken

Informatiker haben D-REC kreiert, eine Edge-Caching-Optimierungsmethode, die einen „digitalen Zwilling“ verwendet, um die Datenlagerung in drahtlosen Netzwerken vorherzusagen und zu verbessern, was die Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit erhöht.

Eine neue Edge-Caching-Methode, die einen „digitalen Zwilling“ verwendet, verbessert die Effizienz von drahtlosen Netzwerken signifikant, indem sie die Benutzerdatenbedürfnisse vorhersagt und die Datenlagerung optimiert, was die Netzwerkzuverlässigkeit und -geschwindigkeit erhöht. Forscher versuchen, diese Methode in realen Anwendungen zu testen.

Informatikforscher haben eine neue Technik entwickelt, um die Datenbedürfnisse von drahtlosen Computernutzern vorherzusagen, bevor sie auftreten, was die Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit von drahtlosen Netzwerken verbessert. Diese innovative Methode nutzt eine „digital twin“-Technologie, die das Netzwerk repliziert, das es unterstützt, und so eine proaktive Datenverwaltung ermöglicht.

Es geht um etwas namens Edge-Caching. Caching bezieht sich auf die Speicherung von Daten auf einem Server, von dem ein System oder Netzwerk glaubt, dass Benutzer sie in naher Zukunft verwenden werden. Dies ermöglicht es dem System, Benutzeranforderungen schneller zu erfüllen, als wenn es die Daten aus der Originalquelle abrufen müsste. Edge-Caching bedeutet, dass ein System Daten im Server speichert, der dem Endbenutzer am nächsten ist, z. B. Computer, die in Netzwerkroutern integriert sind oder neben diesen Routern platziert sind.

„Zwei große Herausforderungen hierbei sind die Bestimmung, welche Daten gecacht werden müssen, und wie viele Daten der Edge-Server zu einem bestimmten Zeitpunkt speichern sollte“, sagt Yuchen Liu, entsprechender Autor einer Arbeit zu diesem Thema und Assistenzprofessor für Informatik an der North Carolina State University. „Systeme können nicht alles in Edge-Caches speichern, und wenn der Edge-Server zu viele redundante Daten speichert, kann er langsamer werden, wenn die Daten zu viele Rechenressourcen nutzen. Dementsprechend treffen Systeme ständig Entscheidungen darüber, welche Datenpakete gespeichert und welche Datenpakete evakuiert werden können.

„Je genauer ein System ist, um vorherzusagen, welche Daten Benutzer tatsächlich benötigen werden, und wie viele Daten die Edge-Server speichern sollten, desto besser ist die Leistung des Systems“, sagt Liu. „Unsere Arbeit konzentrierte sich darauf, diese Vorhersagen zu verbessern.“

Die neue Edge-Caching-Optimierungsmethode mit dem Namen D-REC nutzt eine rechnergestützte Modellierungstechnik namens digitaler Zwilling. Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Modell eines realen Objekts. Im Fall von D-REC ist der digitale Zwilling ein virtuelles Modell eines definierten drahtlosen Netzwerks - sei es ein Zellennetzwerk oder ein Wi-Fi-Netzwerk.

„Die Methode kann auf jedes drahtlose Netzwerk angewendet werden, je nach den Bedürfnissen des Systemadministrators oder Netzwerkbetreibers“, sagt Liu. „D-REC kann je nach den Bedürfnissen des Benutzers angepasst werden.“

Bei D-REC nimmt der digitale Zwilling Echtzeitdaten aus dem drahtlosen Netzwerk auf und verwendet sie, um Simulationen durchzuführen, um vorherzusagen, welche Daten von Benutzern am wahrscheinlichsten angefordert werden. Diese Vorhersagen werden dann an das Netzwerk gesendet, um die Edge-Caching-Entscheidungen des Netzwerks zu informieren. Da die Simulationen von einem Computer außerhalb des Netzwerks durchgeführt werden, beeinträchtigt dies nicht die Leistung des Netzwerks.

Die Forscher verwendeten Open-Source-Datensätze, um festzustellen, ob ein drahtloses Netzwerk mit D-REC effizienter betrieben wird. Die Forscher führten umfangreiche Experimente durch, die viele Variablen berücksichtigten, wie die Größe des Netzwerks, die Anzahl der Benutzer in einem Netzwerk usw.

„D-REC hat herkömmliche Ansätze übertroffen“, sagt Liu. „Unsere Technik verbesserte die Fähigkeit des Netzwerks, genau vorherzusagen, welche Daten im Edge-Cache gespeichert werden sollten. D-REC half den Systemen auch dabei, die Datenlagerung in ihren Netzwerken besser auszubalancieren.“

Außerdem kann der digitale Zwilling von D-REC durch die Vorhersage des Netzwerkverhaltens potenzielle Probleme im Voraus erkennen.

„Zum Beispiel kann das Netzwerk benachrichtigt werden, wenn der digitale Zwilling der Meinung ist, dass eine bestimmte Basisstation oder ein Server überlastet sein wird - dies ermöglicht es dem Netzwerk, Daten über das Netzwerk neu zu verteilen, um die Netzwerkleistung und -zuverlässigkeit zu erhalten“, sagt Liu.

„Wir sind bereit, mit Netzwerkbetreibern zusammenzuarbeiten, um zu erkunden, wie D-REC die Leistung und Zuverlässigkeit von Netzwerken in realen Situationen verbessern kann.“