เครือข่ายบริเวณกว้าง (WANs) ซึ่งเป็นแกนหลักและผู้ทำงานทั่วโลกของอินเทอร์เน็ตในปัจจุบันที่เชื่อมต่อคอมพิวเตอร์หลายพันล้านเครื่องทั่วทั้งทวีปและมหาสมุทร เป็นรากฐานของบริการออนไลน์สมัยใหม่ เนื่องจากโควิด-19 ทำให้การพึ่งพาบริการออนไลน์เป็นเรื่องสำคัญ เครือข่ายในปัจจุบันจึงประสบปัญหาในการส่งมอบแบนด์วิดธ์และความพร้อมใช้งานสูง ซึ่งกำหนดโดยปริมาณงานที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเรียนรู้ของเครื่อง การสนทนาทางวิดีโอ และการดูแลสุขภาพ
ในการเชื่อมต่อ WAN เป็นระยะทางหลายร้อยไมล์ สายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่ส่งข้อมูลโดยใช้แสงจะถูกร้อยเป็นเกลียวทั่วทั้งย่านของเรา ทำจากใยแก้วหรือพลาสติกที่บางอย่างไม่น่าเชื่อซึ่งเรียกว่าเส้นใยแก้วนำแสง แม้ว่าพวกมันจะเร็วมาก แต่ก็ไม่น่าเชื่อถือเสมอไป: พวกมันสามารถแตกหักจากสภาพอากาศ พายุฝนฟ้าคะนอง อุบัติเหตุ และแม้แต่สัตว์ต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย น้ำตาเหล่านี้อาจทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรงและมีราคาแพง ส่งผลให้บริการ 911 หยุดให้บริการ ขาดการเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ต และไม่สามารถใช้แอปสมาร์ทโฟนได้
นักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการวิทยาการคอมพิวเตอร์และปัญญาประดิษฐ์ (CSAIL) ของ MIT ได้คิดค้นวิธีรักษาเครือข่ายเมื่อไฟเบอร์ไม่ทำงานและลดต้นทุน ระบบของพวกเขาที่เรียกว่า "ARROW" จะกำหนดค่าแสงออปติคัลใหม่จากไฟเบอร์ที่เสียหายไปเป็นไฟเบอร์ที่แข็งแรง ในขณะที่ใช้อัลกอริธึมออนไลน์เพื่อวางแผนเชิงรุกสำหรับการตัดไฟเบอร์ที่อาจเกิดขึ้นล่วงหน้า ตามความต้องการการรับส่งข้อมูลทางอินเทอร์เน็ตแบบเรียลไทม์
ARROW สร้างขึ้นบนทางแยกของสองแนวทางที่แตกต่างกัน: "วิศวกรรมการรับส่งข้อมูลที่คำนึงถึงความล้มเหลว (TE)" ซึ่งเป็นเทคนิคที่นำทราฟฟิกไปยังที่ซึ่งทรัพยากรแบนด์วิดท์อยู่ระหว่างการตัดไฟเบอร์ และ "การกำหนดค่าความยาวคลื่นใหม่" ซึ่งกู้คืนทรัพยากรแบนด์วิดท์ที่ล้มเหลวด้วยการกำหนดค่าใหม่ แสง.
แม้ว่าการรวมกันนี้จะมีประสิทธิภาพ แต่ปัญหาก็ยากที่จะแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์เนื่องจากความแข็งของ NP ในทฤษฎีความซับซ้อนในการคำนวณ
ทีมงานได้สร้างอัลกอริธึมใหม่ที่สามารถสร้าง “LotteryTickets” ขึ้นมาเป็นนามธรรมสำหรับ “ปัญหาการกำหนดค่าความยาวคลื่นใหม่” บนใยแก้วนำแสงและป้อนเฉพาะข้อมูลที่จำเป็นใน “ปัญหาด้านวิศวกรรมการจราจร” ซึ่งทำงานควบคู่ไปกับ "วิธีการคืนค่าด้วยแสง" ซึ่งจะย้ายแสงจากเส้นใยที่ถูกตัดไปยังเส้นใยที่ "เป็นตัวแทน" เพื่อคืนค่าการเชื่อมต่อเครือข่าย ระบบยังพิจารณาการรับส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการรับส่งข้อมูลเครือข่ายสูงสุด
การใช้การจำลองขนาดใหญ่และเตียงทดสอบ ARROW สามารถรองรับการรับส่งข้อมูลเพิ่มขึ้น 2x-2.4x โดยไม่ต้องปรับใช้ไฟเบอร์ใหม่ ในขณะที่ยังคงรักษาเครือข่ายให้มีความน่าเชื่อถือสูง
“ARROW สามารถใช้เพื่อปรับปรุงความพร้อมใช้งานของบริการ และเพิ่มความยืดหยุ่นของโครงสร้างพื้นฐานอินเทอร์เน็ตกับการตัดไฟเบอร์ MIT postdoc Zhizhen Zhong ได้ปรับปรุงวิธีที่เราคิดเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างความล้มเหลวและการจัดการเครือข่าย ก่อนหน้านี้ความล้มเหลวเป็นเหตุการณ์ที่กำหนดขึ้นเอง ซึ่งความล้มเหลวหมายถึงความล้มเหลว และไม่มีทางแก้ไขได้นอกจากการจัดสรรเครือข่ายมากเกินไป” MIT postdoc Zhizhen Zhong กล่าว “ด้วย ARROW ความล้มเหลวบางอย่างสามารถขจัดออกหรือกู้คืนได้บางส่วน และสิ่งนี้เปลี่ยนวิธีที่เราคิดเกี่ยวกับการจัดการเครือข่ายและวิศวกรรมการรับส่งข้อมูล เปิดโอกาสในการคิดใหม่เกี่ยวกับระบบวิศวกรรมการรับส่งข้อมูล ระบบการประเมินความเสี่ยง และแอปพลิเคชันที่เกิดขึ้นใหม่ด้วย” การจัดการการกำหนดค่าใหม่
การออกแบบโครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายในปัจจุบัน ทั้งในดาต้าเซ็นเตอร์และในเครือข่ายบริเวณกว้าง ยังคงเป็นไปตาม “รูปแบบโทรศัพท์” ซึ่งวิศวกรเครือข่ายปฏิบัติต่อเลเยอร์ทางกายภาพของเครือข่ายเสมือนกล่องดำแบบคงที่โดยไม่มีการกำหนดค่าใหม่
ด้วยเหตุนี้ โครงสร้างพื้นฐานของเครือข่ายจึงพร้อมรองรับความต้องการรับส่งข้อมูลในกรณีที่แย่ที่สุดภายใต้สถานการณ์ความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้นทั้งหมด ทำให้ไม่มีประสิทธิภาพและมีค่าใช้จ่ายสูง กระนั้น เครือข่ายสมัยใหม่มีแอพพลิเคชั่นที่ยืดหยุ่นซึ่งอาจได้ประโยชน์จากฟิสิคัลเลเยอร์ที่กำหนดค่าใหม่ได้แบบไดนามิก เพื่อให้มีปริมาณงานสูง เวลาแฝงต่ำ และการกู้คืนที่ราบรื่นจากความล้มเหลว ซึ่ง ARROW ช่วยเปิดใช้งาน
ในระบบดั้งเดิม วิศวกรเครือข่ายจะตัดสินใจล่วงหน้าว่าจะให้ความจุเท่าใดในเลเยอร์ทางกายภาพของเครือข่าย อาจดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ที่จะเปลี่ยนโทโพโลยีของเครือข่ายโดยไม่ต้องเปลี่ยนสายเคเบิล แต่เนื่องจากคลื่นแสงสามารถเปลี่ยนเส้นทางได้โดยใช้กระจกขนาดเล็ก พวกมันจึงสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างรวดเร็ว: ไม่จำเป็นต้องเดินสายใหม่ นี่คือขอบเขตที่เครือข่ายไม่ได้เป็นเอนทิตีแบบคงที่อีกต่อไป แต่เป็นโครงสร้างแบบไดนามิกของการเชื่อมต่อระหว่างกันที่อาจเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับปริมาณงาน
ลองนึกภาพระบบรถไฟใต้ดินสมมติที่รถไฟบางขบวนอาจล้มเหลวเป็นครั้งคราว หน่วยควบคุมรถไฟใต้ดินต้องการวางแผนวิธีการแจกจ่ายผู้โดยสารไปยังเส้นทางอื่น โดยพิจารณาถึงรถไฟและการจราจรที่เป็นไปได้ทั้งหมด การใช้ ARROW เมื่อรถไฟขัดข้อง หน่วยควบคุมจะประกาศให้ผู้โดยสารทราบถึงเส้นทางทางเลือกที่ดีที่สุด เพื่อลดเวลาการเดินทางและหลีกเลี่ยงความแออัด
"เป้าหมายระยะยาวของฉันคือการทำให้เครือข่ายคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และพัฒนาเครือข่ายอัจฉริยะในท้ายที่สุดที่ปรับให้เข้ากับข้อมูลและแอปพลิเคชัน" ศาสตราจารย์ Manya Ghobadi จาก MIT กล่าว ผู้ดูแลงานนี้กล่าว “การมีโทโพโลยีแบบออปติคัลที่กำหนดค่าได้ใหม่จะปฏิวัติวิธีที่เราคิดเกี่ยวกับเครือข่าย เนื่องจากการดำเนินการวิจัยนี้จำเป็นต้องมีการทำลายออร์โธดอกซ์ที่จัดตั้งขึ้นมาเป็นเวลาหลายปีในการปรับใช้ WAN'
ในการปรับใช้ ARROW ในเครือข่ายพื้นที่กว้างในโลกแห่งความเป็นจริง ทีมงานได้ร่วมมือกับ Facebook และหวังว่าจะได้ร่วมงานกับผู้ให้บริการขนาดใหญ่รายอื่นๆ “งานวิจัยนี้ให้ข้อมูลเชิงลึกเบื้องต้นเกี่ยวกับประโยชน์ของการกำหนดค่าใหม่ ศักยภาพที่สำคัญในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือนั้นน่าสนใจสำหรับการจัดการเครือข่ายในแกนหลักของการผลิต” Ying Zhang ผู้จัดการวิศวกรซอฟต์แวร์ใน Facebook ที่ร่วมมือในการวิจัยนี้กล่าว
“เรารู้สึกตื่นเต้นที่จะนำ ARROW จากแนวคิดห้องปฏิบัติการวิจัยมาสู่ระบบในโลกแห่งความเป็นจริงซึ่งให้บริการผู้คนหลายพันล้านคนและอาจลดจำนวนการหยุดชะงักของบริการที่เราพบในปัจจุบันเช่นรายงานข่าวน้อยลง ไฟเบอร์ การตัดส่งผลกระทบต่อการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต” Zhong กล่าว “เราหวังว่า ARROW จะทำให้อินเทอร์เน็ตของเรามีความยืดหยุ่นมากขึ้นต่อความล้มเหลวด้วยต้นทุนที่น้อยลง”
ELE ไทม์ส
-
ELE ไทม์สhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsรัฐบาลเตรียม RFP เพื่อขอข้อเสนอจากบริษัทต่างๆ เพื่อจัดตั้ง สารกึ่งตัวนำ พืช
-
ELE ไทม์สhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsนาโนเมมเบรนนำไฟฟ้าและยืดหยุ่นสูงสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผิวหนัง
-
ELE ไทม์สhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsฟังก์ชัน MT400A Network Tester แบบพกพาที่ได้รับการอัพเกรดแล้ว
-
ELE ไทม์สhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsSTMicroelectronics เข้าร่วมกับ Startup Autobahn ในฐานะพันธมิตรหลักเพื่อพบกับนักประดิษฐ์ยานยนต์แห่งอนาคต