Mạng diện rộng (WAN), xương sống toàn cầu và các quy trình làm việc của Internet ngày nay, kết nối hàng tỷ máy tính trên khắp các lục địa và đại dương, là nền tảng của các dịch vụ trực tuyến hiện đại. Vì COVID-19 đã đặt sự phụ thuộc quan trọng vào các dịch vụ trực tuyến, các mạng ngày nay đang phải vật lộn để cung cấp băng thông và tính khả dụng cao do khối lượng công việc đang nổi lên liên quan đến máy học, cuộc gọi video và chăm sóc sức khỏe.
Để kết nối mạng WAN qua hàng trăm dặm, cáp quang truyền dữ liệu sử dụng ánh sáng được luồn khắp các khu vực lân cận của chúng tôi, được làm bằng những sợi thủy tinh hoặc nhựa cực kỳ mỏng được gọi là sợi quang học. Mặc dù chúng cực kỳ nhanh nhưng không phải lúc nào chúng cũng đáng tin cậy: chúng có thể dễ dàng bị vỡ do thời tiết, bão sấm sét, tai nạn và thậm chí cả động vật. Những vết rách này có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng và tốn kém, dẫn đến dịch vụ 911 ngừng hoạt động, mất kết nối với Internet và không thể sử dụng các ứng dụng trên điện thoại thông minh.
Các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm Khoa học Máy tính và Trí tuệ Nhân tạo (CSAIL) của MIT gần đây đã đưa ra một cách để bảo vệ mạng khi cáp quang gặp sự cố và giảm chi phí. Hệ thống của họ, được gọi là "ARROW", cấu hình lại ánh sáng quang từ sợi quang bị hỏng thành sợi quang khỏe mạnh, đồng thời sử dụng thuật toán trực tuyến để chủ động lên kế hoạch cho việc cắt cáp tiềm năng trước thời hạn, dựa trên nhu cầu lưu lượng truy cập Internet theo thời gian thực.
ARROW được xây dựng dựa trên giao điểm của hai cách tiếp cận khác nhau: “kỹ thuật lưu lượng nhận biết lỗi (TE)”, một kỹ thuật hướng lưu lượng đến nơi có tài nguyên băng thông trong quá trình cắt cáp quang và “cấu hình lại bước sóng”, khôi phục tài nguyên băng thông bị lỗi bằng cách cấu hình lại ánh sáng.
Mặc dù sự kết hợp này rất mạnh mẽ, vấn đề này rất khó giải về mặt toán học vì độ cứng NP của nó trong lý thuyết độ phức tạp tính toán.
Nhóm đã tạo ra một thuật toán mới về cơ bản có thể tạo ra “Xổ số phiếu” dưới dạng trừu tượng cho “vấn đề cấu hình lại bước sóng” trên sợi quang và chỉ cung cấp thông tin cần thiết cho “vấn đề kỹ thuật giao thông”. Điều này hoạt động cùng với "phương pháp khôi phục quang học" của họ, phương pháp này sẽ di chuyển ánh sáng từ sợi quang đã cắt sang "thay thế" sợi khỏe mạnh để khôi phục kết nối mạng. Hệ thống cũng tính đến lưu lượng truy cập theo thời gian thực để tối ưu hóa thông lượng mạng tối đa.
Sử dụng mô phỏng quy mô lớn và thử nghiệm, ARROW có thể mang thêm lưu lượng truy cập gấp 2 - 2.4 lần mà không cần phải triển khai các sợi mới, đồng thời duy trì mạng có độ tin cậy cao.
“ARROW có thể được sử dụng để cải thiện tính khả dụng của dịch vụ và tăng cường khả năng phục hồi của cơ sở hạ tầng Internet chống lại việc cắt cáp quang. Nó đổi mới cách chúng ta nghĩ về mối quan hệ giữa thất bại và quản lý mạng — những thất bại trước đây là những sự kiện xác định, trong đó thất bại có nghĩa là thất bại và không có cách nào giải quyết được điều đó ngoại trừ việc cung cấp quá mức mạng, "postdoc Zhizhen Zhong của MIT nói" Với ARROW, một số lỗi có thể được loại bỏ hoặc khôi phục một phần và điều này thay đổi cách chúng ta nghĩ về quản lý mạng và kỹ thuật lưu lượng, mở ra cơ hội xem xét lại các hệ thống kỹ thuật giao thông, hệ thống đánh giá rủi ro và các ứng dụng mới nổi. ”Quản lý khả năng cấu hình lại.
Thiết kế của cơ sở hạ tầng mạng ngày nay, cả trong trung tâm dữ liệu và mạng diện rộng, vẫn tuân theo “mô hình điện thoại” trong đó các kỹ sư mạng coi lớp vật lý của mạng như một hộp đen tĩnh không có khả năng cấu hình lại.
Do đó, cơ sở hạ tầng mạng được trang bị để đáp ứng nhu cầu lưu lượng trong trường hợp xấu nhất trong tất cả các tình huống hỏng hóc có thể xảy ra, khiến nó không hiệu quả và tốn kém. Tuy nhiên, các mạng hiện đại có các ứng dụng đàn hồi có thể được hưởng lợi từ lớp vật lý có thể cấu hình lại động, để cho phép thông lượng cao, độ trễ thấp và khôi phục liền mạch sau lỗi, điều này ARROW giúp kích hoạt.
Trong các hệ thống truyền thống, các kỹ sư mạng quyết định trước lượng dung lượng cần cung cấp trong lớp vật lý của mạng. Có vẻ như không thể thay đổi cấu trúc liên kết của mạng nếu không thay đổi vật lý cáp, nhưng vì sóng quang học có thể được chuyển hướng bằng cách sử dụng các gương nhỏ, chúng có khả năng thay đổi nhanh chóng: không cần cuộn lại. Đây là một lĩnh vực mà mạng không còn là một thực thể tĩnh mà là một cấu trúc động của các kết nối có thể thay đổi tùy thuộc vào khối lượng công việc.
Hãy tưởng tượng một hệ thống tàu điện ngầm giả định trong đó một số chuyến tàu có thể bị hỏng một lần. Đơn vị kiểm soát tàu điện ngầm muốn lập kế hoạch làm thế nào để phân bổ hành khách đến các tuyến đường thay thế trong khi xem xét tất cả các chuyến tàu có thể và giao thông trên đó. Khi sử dụng ARROW, khi tàu gặp sự cố, bộ phận điều khiển chỉ cần thông báo cho hành khách các tuyến thay thế tốt nhất để giảm thiểu thời gian di chuyển và tránh ùn tắc.
“Mục tiêu dài hạn của tôi là làm cho các mạng máy tính quy mô lớn hiệu quả hơn và cuối cùng là phát triển các mạng thông minh thích ứng với dữ liệu và ứng dụng,” giáo sư Manya Ghobadi, người giám sát công việc của MIT cho biết. “Việc có một cấu trúc liên kết quang có thể cấu hình lại sẽ cách mạng hóa cách chúng ta nghĩ về một mạng, vì việc thực hiện nghiên cứu này đòi hỏi phải phá vỡ các quy tắc chính thống được thiết lập trong nhiều năm trong việc triển khai mạng WAN.”
Để triển khai ARROW trong các mạng diện rộng trong thế giới thực, nhóm đã cộng tác với Facebook và hy vọng sẽ làm việc với các nhà cung cấp dịch vụ quy mô lớn khác. “Nghiên cứu cung cấp cái nhìn ban đầu về lợi ích của việc cấu hình lại. Tiềm năng đáng kể trong việc cải thiện độ tin cậy là điều hấp dẫn đối với quản lý mạng trong xương sống sản xuất. ” Ying Zhang, một giám đốc kỹ sư phần mềm tại Facebook, người cộng tác trong nghiên cứu này, cho biết.
“Chúng tôi rất vui vì sẽ có nhiều thách thức thực tế phía trước để đưa ARROW từ các ý tưởng trong phòng nghiên cứu đến các hệ thống trong thế giới thực phục vụ hàng tỷ người và có thể giảm số lần gián đoạn dịch vụ mà chúng ta gặp phải ngày nay, chẳng hạn như ít báo cáo tin tức về cách sợi Zhong nói rằng việc cắt giảm ảnh hưởng đến kết nối Internet. “Chúng tôi hy vọng rằng ARROW có thể làm cho Internet của chúng tôi linh hoạt hơn trước các sự cố với chi phí thấp hơn.”
ELE lần
-
ELE lầnhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsChính phủ sẵn sàng RFP Tìm kiếm đề xuất từ các công ty để thành lập Semiconductor Cây cối
-
ELE lầnhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsMàng nano đàn hồi và dẫn điện cao cho da điện tử
-
ELE lầnhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsCác chức năng của Máy kiểm tra mạng di động 400G MT1040A được nâng cấp
-
ELE lầnhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsSTMicroelectronics tham gia Startup Autobahn với tư cách là Đối tác cố định để gặp gỡ các nhà đổi mới ô tô của ngày mai