Kiemelt kép: Kömlődi Ferenc / Stable Diffusion
Katasztrófa sújtotta területeken kereső drónoknak, a falak állagát, épületek minőségét vizsgáló robotoknak kulcsfontosságú, hogy a legfrissebb adatokkal dolgozzanak, különben nem találják meg a túlélőket, vagy újabb omlás történhet. Képzeljük el, hogy drónjaink, robotjaink nem magányosan, hanem csapatban – rajban – dolgoznak, és szimultán kapják, küldik vezeték nélküli hálózaton az információkat. Ilyenkor nagyon nem mindegy, hogy ezek az infók a legfrissebbek, vagy sem. Ha zsúfolt a hálózat, könnyen előfordulhat adattorlódás, késleltetett a kommunikáció. Ha az infó „szavatossági ideje lejárt”, kevésbé hasznos, vagy használhatatlan.
Ezekben a helyzetekben kulcsfontosságú az adatok frissessége, mert mindig a legújabbakkal dolgozni. A problémára a Massachusetts Institute of Technology, az MIT Információs és Döntőrendszerek Laboratóriumának (LIDS) kutatói találtak ki innovatív megoldást.
Prioritások
Módszerükkel bármilyen vezeték nélküli hálózat testre szabható, és kezelhető vele a több forrásból érkező, időérzékeny, nagymennyiségű adat. A wifi és a rajintelligenciára utaló raj szavakat összevonó WiSwarm (WiRaj) úgy konfigurálja a hálózatot, hogy különféle helyekről jövő adatfolyamot is kezeljen, és elsőbbséget is adjon a legfrissebb adatoknak.
Robotraj munka közben (Kép: Kömlődi Ferenc / Stable Diffusion)
Hagyományos wifi routert megbuherálva, mutatták be, hogy az egyedire kialakított hálózat hatékony közlekedési rendőrként irányítja az adatforgalmat. A legfrissebb adatoknak elsőbbséget adva, biztosította, hogy a teszteken több járművet követő drónok elvégezzék munkájukat. A módszerrel több drón, robot kommunikálhat szimultán az elérhető wifi hálózaton, és nem kell hordozniuk nehéz, drága fedélzeti kommunikációs és feldolgozó hardvert.
A legtöbb szabványos hálózati protokollnál az elsőnek érkező adaté az elsőbbség. Jön egy video-képkocka, a rendszer feldolgozza, aztán egy másik, és azt is feldolgozza. Viszont, ha a feladatunk időfüggő, például mozgó objektumot követünk, a korábbi képkockák használhatatlanok, mert mindig a legújabbakra van szükség.
Hány tizedmásodperces az elavult adat?
Az adatok frissessége az „utoljára be, elsőként ki” megközelítést alkalmazva őrizhető meg. Olyan ez, mint amikor éttermi szalagon jönnek a kaják, és ha a legfrissebbet szeretnénk, az utolsóra csapunk le. Ha adatok esetében számít az információ frissessége, ugyanígy teszünk. A frissességet az „információ kora” nevű új mértékkel mérjük, amibe az alkalmazás szempontjai alapján számolják be a késleltetést.
„A frissesség például több szenzorikus inputtól függő önvezető autóknál fontos. Az akadályok közelségét az ütközés elkerülése miatt mérő érzékelőtől frissebb infó kell, mint az üzemanyag-mennyiséget mérő szenzortól” – magyarázza Eytan Modiano, az egyik kutató.
Drónraj felderítést végez (Kép: Kömlődi Ferenc / Stable Diffusion)
A fejlesztéshez az „információ kora” mérést és az „utoljára be, elsőként ki” protokollt összekombinálták, hogy több drón tudjon együttműködni időérzékeny feladat megvalósítása közben. A mérnökök egyértelműen hagyományos wifi hálózatban gondolkoztak, mert elterjedt és mert a hozzáféréshez nem kell nehéz fedélzeti hardver.
A vezeték nélküli hálózatoknak komoly hátulütője, hogy a természetben vannak elosztva, és fogadásnál egyetlen adatforrást sem részesítenek előnyben. Ha sok forrásból egyszerre jönnek az adatok, a csatorna gyorsan telítődhet, könnyen dugó keletkezhet. Az adattorlódás még az „utoljára be, elsőként ki” protokollal is megtörténik, időérzékeny esetekben pedig könnyen összeomlik a rendszer.
Ütemez az algoritmus
A megoldást ezúttal is egy okos algoritmus, a WiSwarm jelentette. Bármilyen központinak kinevezett számítógépen futtatható, bármilyen wifi hálózattal társítható, hogy kezelje a sokféle adatfolyamot és a legfrissebbeknek adjon elsőbbséget. Nem kísérli meg az összes forrás összes adatcsomagját minden időpillanatban kezelni, helyette inkább eldönti, hogy a hálózathoz tartozó melyik forrása, adott esetben melyik drón vagy robot küldjön legközelebb adatokat. Az „utoljára be, elsőként ki” protokollt alkalmazva, a forrás a legfrissebb adatot a hálózaton keresztül központi processzorhoz küldi.
Rajintelligencia (Kép: Kömlődi Ferenc / Stable Diffusion)
WiSwarm három paraméter alapján dönti el, ki a következő: a drón tömege vagy prioritása, az általa küldendő információ „kora”, a gép megbízhatósága. Például, ha gyors járművet követ, az adatokat sűrűn kell frissíteni, és így elsőbbséget élvez a lassabb autót figyelő társával szemben. A második arra vonatkozik, hogy mikor küldött utoljára frissítést, míg a harmadik a sikeres adattovábbítás valószínűsége az adott csatornán.
A három paramétert bármely időpontban, minden egyes drónhoz hozzáadva, az algoritmus ütemezheti a frissítések elküldését, hogy a torlódást megakadályozva, egyszerre csak egy küldje, és közben az időérzékeny feladatokhoz szükséges legfrissebb adatok is rendeltetésszerűen, késedelem nélkül érjenek célba.
Mit tartogat a drónrajok számára a jövő?
WiSwarm-t apró kamerával és wifi hálózat használatára alkalmas számítógépes chippel felszerelt drónokkal tesztelték. A gépek repülését úgy programozták, hogy a földfelszínen véletlenszerűen mozgó kicsi járműveket kövessenek. Az infókat központi komputerre küldték, a számítógép megkapta az adott pillanatban legfontosabb drónoktól adatokat, azok alapján adott utasításokat nekik.
Először két drónnal és két földi járművel vizsgálták. Az adattovábbítás kétszer gyorsabb, a követés hatszor pontosabb volt, mint amikor az algoritmus nélkül, csak a wifit használták.
Pici robotok egymás között (Kép: Kömlődi Ferenc / Stable Diffusion)
Másodszor öt drón követett öt földi járművet. A wifi önmagában rosszul kezelte a masszívabb adatforgalmat, a drónok hamar „szem elől tévesztették” a járműveket. Az algoritmus komoly változást hozott: a hálózat megbirkózott az adatforgalommal, mind az öt drón képes volt követni a járműveket.
Ezra Tal, egy másik kutató elmondta, hogy elsőként ők mutatták be: az „információ kora” megközelítés működik valóvilágbeli robotikai alkalmazásokban.
Mit jelent ez?
Például, hogy a közeljövőben vezeték nélküli hálózaton kommunikáló kicsi egyedekből álló és fürge drónrajok változatos feladatokat végezhetnek: épületek állagát vizsgálhatják, termőföldeket, szélturbinákat, napenergia-telepeket ellenőrizhetnek. A későbbiekben intelligens városok adatfolyamának kezelésében játszhatnak fontos szerepet.
