数字孪生方法可以提高无线网络速度和可靠性
计算机科学研究人员开发了一种新方法，可以提前预测无线计算用户需要哪些数据，从而使无线网络更快、更可靠。新方法利用了一种称为“数字孪生”的技术，可以有效地克隆其所支持的网络。问题在于所谓的边缘缓存。缓存是指将数据存储在系统或网络认为用户将在不久的将来使用（或重复使用）的服务器上。与系统必须从原始来源检索数据相比，这使系统能够更快地满足用户需求。边缘缓存是指系统将数据缓存在最靠近最终用户的服务器中，例如并入网络路由器或与这些路由器共置的计算机。
“这里的两个大挑战是确定哪些数据需要缓存以及边缘服务器在任何给定时间点应该存储多少数据，”该论文的通讯作者，北卡罗来纳州立大学计算机科学助理教授刘宇晨说。
“系统无法将所有内容都放在边缘缓存中，如果数据占用了太多的计算资源，那么在边缘服务器上存储过多的冗余数据可能会降低服务器的速度。因此，系统需要不断决定存储哪些数据包以及可以丢弃哪些数据包。
“系统越能准确预测用户真正需要哪些数据，以及边缘服务器应该存储多少数据，系统的性能就越好，”刘说。“我们在这里的工作重点是改进这些预测。”
这种名为 D-REC 的新边缘缓存优化方法利用了一种称为数字孪生的计算建模技术。数字孪生是真实对象的虚拟模型。就 D-REC 而言，数字孪生是定义的无线网络的虚拟模型——无论是蜂窝网络还是 Wi-Fi 网络。
“该方法可应用于任何无线网络，具体取决于系统管理员或网络运营商的需求，”刘说。“D-REC 可根据用户的需求进行调整。”
在 D-REC 中，数字孪生从无线网络获取实时数据，并利用这些数据进行模拟，以预测用户最有可能请求哪些数据。然后，这些预测被发送回网络，以告知网络的边缘缓存决策。由于模拟是由网络外部的计算机执行的，因此这不会降低网络性能。
研究人员使用开源数据集来确定无线网络在采用 D-REC 后是否运行得更高效。研究人员进行了广泛的实验，旨在考虑许多变量，例如网络规模、网络上的用户数量等。
“D-REC 的表现优于传统方法，”刘说。“我们的技术提高了网络准确预测哪些数据应该进行边缘缓存的能力。D-REC 还帮助系统更好地平衡整个网络的数据存储。”
此外，由于 D-REC 的数字孪生专注于预测网络行为，因此它可以提前识别潜在的问题。
“例如，如果数字孪生认为特定基站或服务器很有可能超载，则可以通知网络 - 允许其在网络上重新分配数据，以保持网络性能和可靠性，”刘说。
“目前，我们愿意与网络运营商合作，探索 D-REC 如何在现实情况下提高网络性能和可靠性。”
论文《数字孪生辅助数据驱动优化在无线网络中实现可靠的边缘缓存》发表在《IEEE 通信选定领域杂志》上。
论文第一作者为北卡罗来纳州立大学博士生张子凡，论文共同作者包括北卡罗来纳州立大学博士后研究员彭志远、北卡罗来纳州立大学计算机科学助理教授徐东宽、迈阿密大学陈明哲和香港中文大学崔曙光。
页:
[1]