管理数据流以提高网络物理系统的性能

北卡罗莱纳州立大学的研究人员开发了一套算法，通过平衡每个组件对数据的需求和数据发送和接收的速度，来提高网络物理系统的性能——从自动驾驶汽车到智能电网。

“网络物理系统集成了传感器、设备和通信工具，允许系统的所有元素共享信息并协调它们的活动，以实现目标，”Aranya Chakrabortty说，他是一篇关于新算法的论文的合著者，也是北卡罗来纳州立大学电子和计算机工程教授。“这些系统具有巨大的潜力——美国国家科学基金会(National Science Foundation)将它们称为‘实现智能互联世界’——但这些系统也带来了挑战。

“具体来说，系统中的物理代理——设备——需要大量的通信链接才能有效地发挥作用。这将导致大量数据流经通信网络，从而导致路由和排队延迟。这些延迟会导致代理采取行动的等待时间过长，从而降低系统的质量。换句话说，有如此多的数据，通过如此多的环节，系统可能无法实现其既定目标-滞后时间太长了。”

这就造成了一个两难的局面。减少通信可能会损害系统性能的质量，因为系统的每个元素将在更少的信息下运行。另一方面，减少交流意味着系统的每个元素都能更快地获取信息。

“所以，这是一种权衡，”Chakrabortty说。“需要在这三个变量之间取得适当的平衡——即，适量的通信稀疏性、最佳延迟和代理的最佳可实现性能。在尽可能以最佳方式执行任务的同时，确保每一名特工的安全和稳定行动，取得这种微妙的平衡并不容易。这就是我们算法的用武之地。”

Chakrabortty和研究生Nandini Negi开发了三种算法，它们结合在一起，减少了系统中每个节点的数据请求总数，但确保每个节点都能足够快地接收到足够的信息，以实现系统目标。

“没有一个放之四海而皆准的解决方案适用于所有的网络物理系统，”Negi说。“但我们的算法允许用户确定任何系统的最佳通信解决方案。”

-副主编Chris Vavra编辑控制工程、CFE媒体与技术、cvavra@cfemedia.com．

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