• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Работа сотовых сетей оказалась похожа на рост колонии бактерий в чашке Петри

В НИУ ВШЭ научились анализировать качество мобильной связи с помощью физики поверхностей

ISTOCK

Учёные из Лаборатории вычислительной физики МИЭМ НИУ ВШЭ разработали новую модель анализа коммуникационных сетей, которая может значительно повысить скорость мобильной связи. Для этого исследователи использовали методы вычислительной физики и модели фазовых переходов. Оказалось, что работа сотовой сети во многом похожа на рост поверхностей в физике. Работа выполнена с использованием суперкомпьютерного комплекса “cHARISMa” НИУ ВШЭ. Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers in Physics.

Мобильные сети позволяют нам звонить, отправлять сообщения и пользоваться интернетом. Но чтобы эти сети функционировали без сбоев, нужно уметь моделировать их работу. Моделирование помогает предсказать, как сеть будет вести себя в разных, в том числе экстремальных, ситуациях и что можно улучшить.

Один из ключевых инструментов изучения мобильных сетей — параллельное моделирование дискретных событий (ПМДС). В основе метода — деление системы на множество подсистем, что позволяет параллельно обрабатывать различные процессы. В каждой из таких подсистем существует своё локальное виртуальное время, не совпадающее с реальным. Если локальные времена сильно отличаются друг от друга, что выражается в десинхронизации процессов, то сеть начинает работать медленнее или с ошибками. Учёные МИЭМ НИУ ВШЭ Лев Щур и Лилия Жукова изучили, как меняется локальное виртуальное время в модели сотовой связи, и выявили аналогии с процессами роста поверхностей в физике.

Проведя внимательный анализ процессов, мы заметили аналогии между изменениями локального времени при моделировании сотовой связи и изменением профиля поверхности при её росте, например, методом напыления, ведь время всегда растёт. Физика поверхности — хорошо изученная область, для которой существуют уравнения, позволяющие анализировать и моделировать различные процессы. Мы перенесли знания из этой сферы в область вычислительных технологий и построили модель изменения локальных виртуальных времен.

Лилия Жукова
Доцент департамента прикладной математики Московского института электроники и математики им. А.Н. Тихонова НИУ ВШЭ

Учёные сравнили полученные результаты с моделью реальной мобильной сети и обнаружили, что предложенный метод позволяет точно предсказывать критические моменты, когда сеть может начать работать хуже. Благодаря этому можно заранее устранить проблемы и улучшить работу сети.

С помощью алгоритмов вычислительной физики можно определить момент, когда локальное время перестаёт расти. Эта точка в физике называется точкой фазового перехода. Мы можем описать, что происходит вблизи неё, и увидеть возможные перебои связи или изменение распределения нагрузки на станции сотовой связи. С этой моделью мы можем предложить индустрии лучшие инструменты для планирования, построения и функционирования мобильных сетей.

Лев Щур
Заведующий Лабораторией вычислительной физики МИЭМ им. А.Н. Тихонова НИУ ВШЭ

Исследователи подчёркивают, что понимание того, как параллельные вычисления происходят в реальных высоконагруженных сетях, поможет быстрее и эффективнее моделировать мобильные сети и другие системы, использующие подобные вычисления, в таких областях, как инженерные и компьютерные науки, экономика и транспорт.
IQ

4 июня