För trådlösa nätverk som delar tidskänslig information i farten, det räcker inte att överföra data snabbt. Den informationen måste också vara färsk. Tänk på de många sensorerna i din bil. Även om det kan ta mindre än en sekund för de flesta sensorer att överföra ett datapaket till en central processor, åldern på dessa uppgifter kan variera, beroende på hur ofta en sensor vidarebefordrar avläsningar.

I ett idealiskt nätverk, dessa sensorer ska kunna överföra uppdateringar konstant, ger det färskaste, senaste status för varje mätbar funktion, från däcktryck till närhet till hinder. Men det finns bara så mycket data som en trådlös kanal kan överföra utan att helt överväldiga nätverket.

Hur, sedan, kan ett ständigt uppdaterande nätverk av sensorer, drönare, eller datadelningsfordon – minimera åldern på informationen som den får när som helst, samtidigt som man undviker datastockning?

Ingenjörer vid MIT:s Laboratory for Information and Decision Systems tar itu med denna fråga och har kommit på ett sätt att tillhandahålla färskast möjliga data för ett enkelt trådlöst nätverk.

Forskarna säger att deras metod kan tillämpas på enkla nätverk, såsom flera drönare som sänder positionskoordinater till en enda kontrollstation, eller sensorer i en industrianläggning som vidarebefordrar statusuppdateringar till en central monitor. Så småningom, teamet hoppas kunna ta itu med ännu mer komplexa system, till exempel nätverk av fordon som trådlöst delar trafikdata.

"Om du utbyter trafikstockningsinformation, du vill att informationen ska vara så färsk som möjligt, säger Eytan Modiano, professor i flyg- och astronautik och medlem av MIT:s Laboratory for Information and Decision Systems. "Om det är daterat, du kan fatta fel beslut. Det är därför informationens ålder är viktig."

Modiano och hans kollegor presenterade sin metod i en artikel vid IEEE:s internationella konferens om beräkningskommunikation (Infocom), där den vann ett pris för bästa papper. Tidningen kommer att dyka upp på nätet i framtiden. Tidningens huvudförfattare är doktoranden Igor Kadota; före detta doktorand Abhishek Sinha är också medförfattare.

Håller den fräsch

Traditionella nätverk är designade för att maximera mängden data som de kan överföra över kanaler, och minimera tiden det tar för data att nå sin destination. Först nyligen har forskare övervägt informationens ålder – hur färsk eller inaktuell information är från mottagarens perspektiv.

"Jag blev först upphetsad över det här problemet, att tänka i sammanhanget av UAV:er – obemannade flygfarkoster som rör sig i en miljö, och de behöver utbyta positionsinformation för att undvika kollisioner med varandra, " säger Modiano. "Om de inte utbyter den här informationen tillräckligt ofta, de kan kollidera. Så vi tog ett steg tillbaka och började titta på det grundläggande problemet med hur man minimerar informationsåldern i trådlösa nätverk."

I denna nya tidning, Modianos team letade efter sätt att tillhandahålla färskast möjliga data till ett enkelt trådlöst nätverk. De skapade ett grundläggande nätverk, som består av en enda datamottagare, såsom en central kontrollstation, och flera noder, såsom flera dataöverföringsdrönare.

Forskarna antog att endast en nod kan överföra data över en trådlös kanal vid varje given tidpunkt. Frågan de tänkte besvara:Vilken nod ska överföra data vid vilken tidpunkt, för att säkerställa att nätverket får färskast möjliga data, i genomsnitt, från alla noder?

"Vi är begränsade i bandbredd, så vi måste vara selektiva om vad och när noder sänder, " säger Modiano. "Vi säger, hur minimerar vi åldern i denna enklaste miljö? Kan vi lösa detta? Och det gjorde vi."

En optimal ålder

Teamets lösning ligger i en enkel algoritm som i princip beräknar ett "index" för varje nod vid varje givet ögonblick. En nods index är baserat på flera faktorer:åldern, eller färskhet av data som den överför; tillförlitligheten hos kanalen över vilken den kommunicerar; och den övergripande prioriteten för den noden.

"Till exempel, du kanske har en dyrare drönare, eller snabbare drönare, och du vill ha bättre eller mer exakt information om den där drönaren. Så, du kan ställa in den med hög prioritet, " förklarar Kadota.

Noder med högre prioritet, en mer pålitlig kanal, och äldre data, tilldelas ett högre index, kontra noder som har relativt låg prioritet, kommunicera över spottier-kanaler, med nyare data, som är märkta med ett lägre index.

En nods index kan ändras från ögonblick till ögonblick. Vid varje givet ögonblick, Algoritmen styr noden med det högsta indexet att överföra dess data till mottagaren. På detta prioriterade sätt, teamet fann att nätverket är garanterat att få färskast möjliga data i genomsnitt, från alla noder, utan att överbelasta sina trådlösa kanaler.

Laget beräknade en nedre gräns, vilket innebär en genomsnittlig ålder av information för nätverket som är färskare än någon algoritm någonsin skulle kunna uppnå. De fann att lagets algoritm fungerar mycket nära denna gräns, och att det är nära det bästa som någon algoritm skulle kunna göra när det gäller att tillhandahålla färskast möjliga data för ett enkelt trådlöst nätverk.

"Vi kom på en grundläggande gräns som säger, du kan omöjligen ha en lägre informationsålder än detta värde – ingen algoritm kan vara bättre än denna gräns – och sedan visade vi att vår algoritm kom nära den gränsen, " säger Modiano. "Så det är nära optimalt."

Teamet planerar att testa sitt indexschema på ett enkelt nätverk av radioapparater, där en radio kan fungera som basstation, ta emot tidskänslig data från flera andra radioapparater. Modianos grupp utvecklar också algoritmer för att optimera informationens ålder i mer komplexa nätverk.

"Våra framtida tidningar kommer att se bortom bara en basstation, till ett nätverk med flera basstationer, och hur det interagerar, " säger Modiano. "Och det kommer förhoppningsvis att lösa ett mycket större problem."

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.