La méthode du jumeau numérique peut améliorer la vitesse et la fiabilité du réseau sans fil

Des chercheurs en informatique ont mis au point une nouvelle méthode permettant de prédire les données dont les utilisateurs de l’informatique sans fil auront besoin avant qu’ils n’en aient besoin, ce qui rend les réseaux sans fil plus rapides et plus fiables. La nouvelle méthode utilise une technique appelée « jumeau numérique », qui clone efficacement le réseau qu’elle prend en charge.

Le problème est ce que l’on appelle la mise en cache périphérique. La mise en cache consiste à stocker sur un serveur des données qu’un système ou un réseau pense que les utilisateurs utiliseront (ou réutiliseront) dans un avenir proche. Cela permet au système de répondre aux demandes des utilisateurs plus rapidement que s’il devait récupérer les données à partir de la source d’origine. La mise en cache périphérique se produit lorsqu’un système met en cache des données sur le serveur le plus proche de l’utilisateur final, comme les ordinateurs intégrés à des routeurs réseau ou colocalisés avec ces routeurs.

« Deux grands défis ici sont de déterminer quelles données doivent être mises en cache et quelle quantité de données le serveur de périphérie doit stocker à un moment donné », explique Yuchen Liu, auteur correspondant d’un article sur le travail et professeur adjoint d’informatique à la North Carolina State University.

« Les systèmes ne peuvent pas tout mettre dans des caches de périphérie, et le stockage d’une trop grande quantité de données redondantes sur un serveur de périphérie peut ralentir le serveur si les données utilisent trop de ressources de calcul. Par conséquent, les systèmes prennent constamment des décisions sur les paquets de données à stocker et ceux qui peuvent être expulsés.

« Plus un système est précis dans sa capacité à prédire les données que les utilisateurs souhaiteront réellement et la quantité de données que les serveurs périphériques doivent stocker, meilleures seront les performances du système », explique Liu. « Notre travail ici s’est concentré sur l’amélioration de ces prévisions. »

La nouvelle méthode d’optimisation de la mise en cache périphérique, appelée D-REC, utilise une technique de modélisation informatique appelée jumeau numérique. Un jumeau numérique est un modèle virtuel d’un objet réel. Dans le cas de D-REC, le jumeau numérique est un modèle virtuel d’un réseau sans fil défini, qu’il s’agisse d’un réseau cellulaire ou d’un réseau Wi-Fi.

« La méthode peut être appliquée à n’importe quel réseau sans fil, en fonction des besoins de l’administrateur système ou de l’opérateur réseau », explique Liu. « D-REC peut être ajusté en fonction des besoins de l’utilisateur. »

Dans D-REC, le jumeau numérique récupère des données en temps réel du réseau sans fil et les utilise pour effectuer des simulations afin de prédire quelles données sont les plus susceptibles d’être demandées par les utilisateurs. Ces prédictions sont ensuite renvoyées au réseau pour éclairer les décisions de mise en cache du réseau. Étant donné que les simulations sont effectuées par un ordinateur situé à l’extérieur du réseau, cela ne ralentit pas les performances du réseau.

Les chercheurs ont utilisé des ensembles de données open source pour déterminer si un réseau sans fil fonctionnait plus efficacement avec D-REC. Les chercheurs ont mené des expériences approfondies conçues pour prendre en compte de nombreuses variables, telles que l’échelle du réseau, le nombre d’utilisateurs sur un réseau, etc.

« D-REC a surpassé les approches conventionnelles », explique Liu. « Notre technique a amélioré la capacité du réseau à prédire avec précision quelles données doivent être mises en cache en périphérie. D-REC a également aidé les systèmes à mieux équilibrer le stockage des données sur leurs réseaux. »

De plus, comme le jumeau numérique de D-REC se concentre sur la prédiction du comportement du réseau, il peut identifier les problèmes potentiels à l’avance.

« Par exemple, si le jumeau numérique pense qu’il existe une forte probabilité qu’une station de base ou un serveur spécifique soit surchargé, le réseau peut en être averti, ce qui lui permet de redistribuer les données sur le réseau afin de préserver les performances et la fiabilité du réseau », explique Liu.

« À ce stade, nous sommes ouverts à la collaboration avec les opérateurs de réseau pour étudier comment D-REC peut améliorer les performances et la fiabilité du réseau dans des situations réelles. »

L’article, « Optimisation pilotée par les données assistée par jumeaux numériques pour une mise en cache fiable dans les réseaux sans fil », est publié dans le Journal de l’IEEE sur certains domaines des communications.

Le premier auteur de l’article est Zifan Zhang, doctorant à l’université NC State. L’article a été co-écrit par Zhiyuan Peng, chercheur postdoctoral à l’université NC State ; Dongkuan Xu, professeur adjoint d’informatique à l’université NC State ; Mingzhe Chen de l’université de Miami ; et Shuguang Cui de l’université chinoise de Hong Kong.