Ny metod förbättrar trådlös nätverkshastighet och tillförlitlighet

Datavetare har skapat D-REC, en optimeringsmetod för edge caching som använder en "digital tvilling" för att förutsäga och förbättra datalagring i trådlösa nätverk, och därigenom öka hastigheten och tillförlitligheten.

En ny edge-cachningsmetod som använder en "digital tvilling" förbättrar det trådlösa nätverkets effektivitet avsevärt genom att förutsäga användardatabehov och optimera datalagring, och därigenom förbättra nätverkets tillförlitlighet och hastighet. Forskare försöker testa denna metod i verkliga tillämpningar.

Datavetenskapsforskare har banat väg för en ny teknik för att förutsäga databehoven hos användare av trådlösa datorer innan de uppstår, vilket förbättrar hastigheten och tillförlitligheten hos trådlösa nätverk. Denna innovativa metod använder sig av en "digital tvilling"-teknologi, som replikerar nätverket den stöder, vilket möjliggör proaktiv datahantering.

Det handlar om något som kallas edge caching. Cachning avser att lagra data på en server som ett system eller nätverk tror att användare kommer att använda (eller återanvända) inom en snar framtid. Detta gör att systemet kan möta användarnas krav snabbare än om systemet skulle behöva hämta data från den ursprungliga källan. Edge caching är när ett system cachar data i servern som är närmast slutanvändaren, till exempel datorer som är inbyggda i nätverksroutrar eller samlokaliserade med dessa routrar.

"Två stora utmaningar här är att avgöra vilken data som behöver cachelagras och hur mycket data edge-servern ska lagra vid en given tidpunkt", säger Yuchen Liu, motsvarande författare till en artikel om arbetet och biträdande professor i datavetenskap vid North Carolina State University. "System kan inte lägga allt i edge-cacher, och att lagra för mycket redundant data på en edge-server kan sakta ner servern om data använder för många beräkningsresurser. Som ett resultat fattar systemen hela tiden beslut om vilka datapaket som ska lagras och vilka datapaket som kan vräkas.

"Ju mer exakt ett system är på att förutsäga vilken data användare faktiskt vill ha, och hur mycket data edge-servrarna ska lagra, desto bättre prestanda har systemet", säger Liu. "Vårt arbete här fokuserade på att förbättra dessa förutsägelser."

Den nya optimeringsmetoden för kantcaching, kallad D-REC, använder sig av en beräkningsmodelleringsteknik som kallas en digital tvilling. En digital tvilling är en virtuell modell av ett verkligt objekt. När det gäller D-REC är den digitala tvillingen en virtuell modell av ett definierat trådlöst nätverk – oavsett om det är ett mobilnätverk eller ett Wi-Fi-nätverk.

"Metoden kan tillämpas på alla trådlösa nätverk, beroende på systemadministratörens eller nätverksoperatörens behov", säger Liu. "D-REC kan justeras beroende på användarens behov."

I D-REC tar den digitala tvillingen realtidsdata från det trådlösa nätverket och använder den för att utföra simuleringar för att förutsäga vilken data som mest sannolikt kommer att begäras av användare. Dessa förutsägelser skickas sedan tillbaka till nätverket för att informera nätverkets edge caching-beslut. Eftersom simuleringarna utförs av en dator som är utanför nätverket, saktar detta inte ner nätverkets prestanda.

Forskarna använde datauppsättningar med öppen källkod för att avgöra om ett trådlöst nätverk fungerade mer effektivt med D-REC. Forskarna körde omfattande experiment utformade för att ta hänsyn till många variabler, som nätverkets skala, antalet användare på ett nätverk och så vidare.

"D-REC överträffade konventionella metoder", säger Liu. "Vår teknik förbättrade nätverkets förmåga att exakt förutsäga vilken data som skulle kantcachas. D-REC hjälpte också system att göra ett bättre jobb med att balansera datalagring över sina nätverk.”

Dessutom, eftersom D-REC:s digitala tvilling fokuserar på att förutsäga nätverksbeteende, kan den identifiera potentiella problem i förväg.

"Till exempel, om den digitala tvillingen tror att det är stor sannolikhet att en specifik basstation, eller server, kommer att överbelastas, kan nätverket meddelas – vilket gör att det kan omfördela data över nätverket för att bevara nätverkets prestanda och tillförlitlighet, säger Liu.

"Vid denna tidpunkt är vi öppna för att arbeta med nätverksoperatörer för att utforska hur D-REC kan förbättra nätverkets prestanda och tillförlitlighet i verkliga situationer."