تعد شبكات المنطقة الواسعة (WAN) ، العمود الفقري العالمي وخور العمل لإنترنت اليوم التي تربط مليارات أجهزة الكمبيوتر عبر القارات والمحيطات ، أساس الخدمات الحديثة عبر الإنترنت. نظرًا لأن COVID-19 قد وضع اعتمادًا حيويًا على الخدمات عبر الإنترنت ، فإن شبكات اليوم تكافح من أجل توفير نطاق ترددي عالٍ وتوافر يفرضه أعباء العمل الناشئة المتعلقة بالتعلم الآلي ومكالمات الفيديو والرعاية الصحية.
لتوصيل شبكات WAN عبر مئات الأميال ، يتم توصيل كابلات الألياف الضوئية التي تنقل البيانات باستخدام الضوء في جميع أنحاء أحيائنا ، وهي مصنوعة من خيوط رفيعة للغاية من الزجاج أو البلاستيك تُعرف باسم الألياف الضوئية. في حين أنها سريعة للغاية ، إلا أنها ليست موثوقة دائمًا: يمكنها بسهولة التخلص من الطقس والعواصف الرعدية والحوادث وحتى الحيوانات. يمكن أن تتسبب هذه التمزقات في أضرار جسيمة ومكلفة ، مما يؤدي إلى انقطاع خدمة 911 وفقدان الاتصال بالإنترنت وعدم القدرة على استخدام تطبيقات الهواتف الذكية.
توصل علماء من مختبر علوم الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي (CSAIL) التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) مؤخرًا إلى طريقة للحفاظ على الشبكة عند تعطل الألياف وتقليل التكلفة. يعيد نظامهم ، المسمى "ARROW" ، تكوين الضوء البصري من الألياف التالفة إلى الألياف السليمة ، مع استخدام خوارزمية عبر الإنترنت للتخطيط الاستباقي لخفض الألياف المحتملة مسبقًا ، بناءً على متطلبات حركة مرور الإنترنت في الوقت الفعلي.
تم إنشاء ARROW على مفترق طرق بين طريقتين مختلفتين: "هندسة المرور المدركة للفشل (TE)" ، وهي تقنية توجه حركة المرور إلى حيث توجد موارد النطاق الترددي أثناء عمليات قطع الألياف ، و "إعادة تكوين الطول الموجي" ، والتي تستعيد موارد النطاق الترددي الفاشلة عن طريق إعادة التكوين الضوء.
على الرغم من أن هذا المزيج قوي ، إلا أن المشكلة يصعب حلها رياضيًا بسبب صلابة NP في نظرية التعقيد الحسابي.
ابتكر الفريق خوارزمية جديدة يمكنها أساسًا إنشاء "تذاكر اليانصيب" باعتبارها فكرة تجريدية "لمشكلة إعادة تشكيل الطول الموجي" على الألياف الضوئية وتغذي المعلومات الأساسية فقط في "مشكلة هندسة المرور". يعمل هذا جنبًا إلى جنب مع "طريقة الاستعادة البصرية" التي تنقل الضوء من الألياف المقطوعة إلى ألياف صحية "بديلة" لاستعادة اتصال الشبكة. يأخذ النظام أيضًا في الاعتبار حركة المرور في الوقت الفعلي لتحسين إنتاجية الشبكة القصوى.
باستخدام عمليات المحاكاة واسعة النطاق واختبار ، يمكن أن يحمل ARROW حركة مرور 2x-2.4x أكثر دون الحاجة إلى نشر ألياف جديدة ، مع الحفاظ على الشبكة موثوقة للغاية.
"يمكن استخدام ARROW لتحسين توافر الخدمة ، وتعزيز مرونة البنية التحتية للإنترنت ضد انقطاع الألياف. إنه يجدد الطريقة التي نفكر بها في العلاقة بين حالات الفشل وإدارة الشبكة - كانت حالات الفشل سابقًا أحداثًا حتمية ، حيث كان الفشل يعني الفشل ، ولم يكن هناك طريقة للتغلب عليها باستثناء الإفراط في توفير الشبكة ، كما يقول زيزين تشونغ ، باحث ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا "مع ARROW ، يمكن القضاء على بعض حالات الفشل أو استعادتها جزئيًا ، وهذا يغير طريقة تفكيرنا في إدارة الشبكة وهندسة المرور ، مما يفتح فرصًا لإعادة التفكير في أنظمة هندسة المرور وأنظمة تقييم المخاطر والتطبيقات الناشئة أيضًا. "
لا يزال تصميم البنى التحتية للشبكات اليوم ، سواء في مراكز البيانات أو في شبكات المنطقة الواسعة ، يتبع "نموذج الاتصالات الهاتفية" حيث يتعامل مهندسو الشبكات مع الطبقة المادية للشبكات على أنها صندوق أسود ثابت بدون إعادة تشكيل.
نتيجة لذلك ، تم تجهيز البنية التحتية للشبكة لتحمل أسوأ طلب على حركة المرور في ظل جميع سيناريوهات الأعطال المحتملة ، مما يجعلها غير فعالة ومكلفة. ومع ذلك ، تتمتع الشبكات الحديثة بتطبيقات مرنة يمكن أن تستفيد من طبقة مادية قابلة لإعادة التكوين ديناميكيًا ، لتمكين الإنتاجية العالية ، وزمن الاستجابة المنخفض ، والتعافي السلس من الأعطال ، وهو ما يساعد ARROW على تمكينه.
في الأنظمة التقليدية ، يقرر مهندسو الشبكات مسبقًا مقدار السعة التي يجب توفيرها في الطبقة المادية للشبكة. قد يبدو من المستحيل تغيير هيكل الشبكة دون تغيير الكابلات ماديًا ، ولكن نظرًا لأنه يمكن إعادة توجيه الموجات الضوئية باستخدام مرايا صغيرة ، فإنها قادرة على إجراء تغييرات سريعة: لا يلزم إعادة الأسلاك. هذا عالم لم تعد فيه الشبكة كيانًا ثابتًا بل هي بنية ديناميكية من الترابطات التي قد تتغير اعتمادًا على عبء العمل.
تخيل نظام مترو أنفاق افتراضي حيث قد تفشل بعض القطارات من حين لآخر. تريد وحدة التحكم في مترو الأنفاق التخطيط لكيفية توزيع الركاب على طرق بديلة مع مراعاة جميع القطارات وحركة المرور الممكنة عليهم. باستخدام ARROW ، عند فشل القطار ، تعلن وحدة التحكم للركاب عن أفضل الطرق البديلة لتقليل وقت سفرهم وتجنب الازدحام.
"هدفي على المدى الطويل هو جعل شبكات الكمبيوتر واسعة النطاق أكثر كفاءة ، وفي النهاية تطوير شبكات ذكية تتكيف مع البيانات والتطبيقات" ، كما تقول مانيا غوبادي ، الأستاذة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، التي أشرفت على العمل. "إن وجود طوبولوجيا بصرية قابلة لإعادة التكوين يحدث ثورة في طريقة تفكيرنا في الشبكة ، حيث يتطلب إجراء هذا البحث كسر القواعد التقليدية التي تم إنشاؤها لسنوات عديدة في عمليات نشر WAN."
لنشر ARROW في شبكات المنطقة الواسعة في العالم الحقيقي ، يتعاون الفريق مع Facebook ويأمل في العمل مع مزودي خدمة آخرين على نطاق واسع. "يوفر البحث نظرة ثاقبة أولية حول فوائد إعادة التكوين. إن الإمكانات الكبيرة في تحسين الموثوقية جذابة لإدارة الشبكة في العمود الفقري للإنتاج ". يقول Ying Zhang ، مدير هندسة البرمجيات في Facebook الذي يتعاون في هذا البحث.
"نحن متحمسون لأنه سيكون هناك العديد من التحديات العملية في المستقبل لجلب ARROW من أفكار معمل الأبحاث إلى أنظمة العالم الحقيقي التي تخدم مليارات الأشخاص ، وربما تقلل عدد انقطاعات الخدمة التي نواجهها اليوم ، مثل التقارير الإخبارية الأقل حول كيفية ليف يقول تشونغ: "التخفيضات تؤثر على الاتصال بالإنترنت". "نأمل أن تتمكن ARROW من جعل الإنترنت لدينا أكثر مرونة في مواجهة حالات الفشل بتكلفة أقل."
ELE تايمز
-
ELE تايمزhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsالحكومة تستعد لطلب تقديم العروض لطلب العروض من الشركات لتأسيسها أشباه الموصلات الشتلات
-
ELE تايمزhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsغشاء نانوي مرن عالي التوصيل لإلكترونيات الجلد
-
ELE تايمزhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsترقية وظائف MT400A Network Tester 1040G المحمولة
-
ELE تايمزhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsSTMicroelectronics تنضم إلى Startup Autobahn كشريك رئيسي لمقابلة مبتكري السيارات في المستقبل