Global Networks 777x518 1 2
Thông tin công nghệ

MŨI TÊN: Ai có thể bẻ cong ánh sáng cho Internet rẻ hơn?

Các mạng ngày nay đang phải vật lộn để cung cấp băng thông cao và tính khả dụng do khối lượng công việc mới nổi áp đặt. Tín dụng: Hình ảnh do Facebook cung cấp

ARROW, một mạng cáp quang có thể cấu hình lại được phát triển tại MIT , nhằm mục đích tuân theo sự kết thúc của định luật Moore.

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 mới nổi liên quan đến học máy, cuộc gọi video và chăm sóc sức khỏe.

Để kết nối các mạng WAN qua hàng trăm dặm, cáp quang truyền dữ liệu bằng 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 . Mặc dù chúng cực kỳ nhanh nhưng không phải lúc nào chúng cũng đáng tin cậy: Chúng có thể dễ dàng bị hỏng do thời tiết, giông bão, 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 và Facebook 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”, định 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 đứt cáp quang 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”, 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 định 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 di chuyển ánh sáng từ sợi quang bị cắt sang sợi khỏe mạnh “thay thế” để khôi phục kết nối mạng. Hệ thống cũng tính đến lưu lượng truy cập 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 lưu lượng nhiều hơn từ 2 đến 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 cho mạng, ”postdoc Zhizhen Zhong, tác giả chính của MIT cho biết. trên một bài báo mới về ARROW. “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 để xem xét lại các hệ thống kỹ thuật giao thông, hệ thống đánh giá rủi ro và các ứng dụng mới nổi.”

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 các 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 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,” Trợ lý Giáo sư Manya Ghobadi của MIT, người đã giám sát công việc 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 nguyên 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. Ying Zhang, giám đốc kỹ sư phần mềm tại Facebook, người đã cộng tác trong nghiên cứu này, cho biết 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.

“Chúng tôi rất vui mừng rằng sẽ có nhiều thách thức thực tế ở 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 Zhong cho biết việc cắt cáp quang 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”.

Tham khảo: ARROW: Phục hồi-Aware Traffic Engineering

Zhong đã viết bài báo cùng với Ghobadi; Sinh viên tốt nghiệp MIT Alaa Khaddaj; và các kỹ sư của Facebook Jonathan Leach, Ying Zhang và Yiting Xia. Họ đã trình bày nghiên cứu tại hội nghị SIGCOMM của ACM.

Công việc này do MIT phối hợp với Facebook thực hiện. Kỹ thuật này đang được đánh giá để triển khai tại Facebook. Facebook đã cung cấp tài nguyên để thực hiện nghiên cứu. Các tác giả trực thuộc MIT được hỗ trợ bởi Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến – Năng lượng, Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng và Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ.

Theo Scitechdaily

What's your reaction?

Excited
0
Happy
0
In Love
0
Not Sure
0

You may also like

Leave a reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.