חוקרי דיוק המובילים את פרויקט $5M לשיפור רשתות חיל האוויר

DURHAM – חוקרים מאוניברסיטת דיוק יעבדו עם עמיתים ברחבי המדינה כדי להבטיח שפרוטוקולי תקשורת עתידיים שישמשו את חיל האוויר של ארצות הברית מתאימים לטיפול במשימות כבדות הנתונים ביותר שניתן להעלות על הדעת, כמו הטסת מל"טים, ומאובטחים מפני התקפה יריבה.

בראשותו של רוברט קלדרבנק, הפרופסור המכובד של צ'רלס ס. והיד טארוך, פרופסור משפחת רודוס להנדסת חשמל ומחשבים, התוכנית החדשה לחמש שנים, $5 מיליון, נקראת מעבדת המחקר של חיל האוויר/משרד חיל האוויר למחקר מדעי (AFRL/AFOSR) המרכז האוניברסיטאי למצוינות: עיצוב גלים זריז לרשתות תקשורת בסביבות מתמודדות. המרכז החדש שואב גם מומחיות מחקרית מאוניברסיטת וירג'יניה טק, אוניברסיטת פרינסטון, אוניברסיטת קרנגי מלון, אוניברסיטת קולורדו סטייט ואוניברסיטת אריזונה.

"מרכז זה יפתח מתודולוגיות לעיצוב צורות גל חדשניות וטכניקות אופטימיזציה שהן זריזות לדינמיקת הרשת המשתנה והן חזקות בפני יריבים בסביבות מתמודדות, עם גבולות שניתן להוכיח על ביצועים", אמרה לורן הואי, מעבדת המחקר של חיל האוויר, מנהל המידע (AFRL/ RI), יועץ טכנולוגי של חטיבת המחשוב והתקשורת. "הטכניקות החדשניות של גישה זו מוכנות לחזות מחדש את התחום הזה ולשלב את צוות האוניברסיטה יוצא הדופן הזה ומדענים ומהנדסים של AFRL/RI כדי לסלול את העתיד של עיצוב צורות גל עבור רשתות תקשורת."

פרוטוקולים הם לתקשורת מה ששפות תכנות הן לחישוב; הם קבוצה של כללים ופורמטים מוגדרים היטב המאפשרים העברת מידע בין מכשירים. ככל שערוצי תקשורת אלחוטיים הופכים יעילים יותר ברוחב הפס, הפרוטוקולים הללו הופכים מורכבים יותר. לדוגמה, הם עשויים להשתמש במידע גיאוגרפי וטופוגרפי, להיות עמידים בפני הפרעות מבניינים ומאותות אחרים, ולדעת כיצד לתקן או להחליף שגיאות המתרחשות לאורך הדרך.

אמנם משימה זו קשה דיה ביישומים מסחריים כמו עבור הדור האחרון של סמארטפונים ומחשבים ניידים, אך קשה עוד יותר למכשירים ומכונות המשמשים את חיל האוויר. מלבד רעשי הרקע הרגילים הנגרמים על ידי שטח מקומי ואותות מתחרים, זרמי תקשורת חייבים לעמוד גם בהתקפות יריבות. והדרישות שמציבים מל"טים ברשתות תקשורת גבוהות בהרבה מזו של סמארטפון טיפוסי.

חיל האוויר, לעומת זאת, לא רוצה להמציא לגמרי את הגלגל מחדש. רצוי שהפרוטוקולים השולטים בהעברת התקשורת במכשיריהם יעבדו עם אפליקציות מדף מסחריות קיימות. אבל מכיוון שזרמי הנתונים שלהם הפכפכים יותר, משתנים מהר יותר מרשתות מסחריות ונתונים להתקפות יריבות, הפרוטוקולים המסחריים אינם עומדים במשימה בקלות.

מרכז המצוינות האוניברסיטאי החדש AFRL/AFOSR יפתח את המחקר הבסיסי הדרוש לתכנון ותפעול פרוטוקולים שיכולים לענות על צרכי חיל האוויר בעבודה עם פתרונות קיימים. על ידי יצירת תוכנה חדשה המשלבת שיטות למידת מכונה, החוקרים יפתחו צורות גל חדשות התומכות בתקשורת עם חביון נמוך תוך מתן חוסן ליריבים בסביבות מתמודדות.

"הגישה שלנו יוצאת משיטות מסורתיות המשתמשות במודלים מתמטיים המתארים את תהליך השידור, התפשטות האות, רעשי המקלט, תעבורת הרשת ורכיבים רבים אחרים של המערכת המשפיעים על ביצועים מקצה לקצה", אמר קלדרבנק, המחזיק גם בפגישות ב- הנדסת חשמל ומחשבים, מתמטיקה ופיזיקה. "לשיטות מסורתיות עדיין יש ערך, אבל הן מאבדות קרקע ככל שהקישורים האלחוטיים משתנים יותר, ורכיבי המערכת הופכים קשים יותר למודל. נשמור על הערך הזה על ידי פיתוח אלגוריתמים של למידת מכונה בהשראת שיטות אופטימיזציה מסורתיות ומבוססות עליהן."

"לדיוק יש עומק של ידע וניסיון שמקורם בהיסטוריה ארוכה של עבודה עם שיטות למידת מכונה שחוללו מהפכה בעיבוד דיבור ותמונה", הוסיף טארוך, שמחזיק גם בתפקידים במדעי המחשב ובמתמטיקה. "אותן שיטות יהיו הבסיס לרשתות והפרוטוקולים החדשים שיאפשרו לחיל האוויר לאבטח את צורכי התקשורת האלחוטית שלו לעתיד".

הפרויקט יעמיק את שיתופי הפעולה הקיימים בין האוניברסיטאות המעורבות וה-AFRL/RI. על ידי התמודדות עם אתגר חדש זה, החוקרים יגדילו את היכולות, הידע, הכישורים והמומחיות של כוח העבודה של AFRL, תוך מתן הזדמנויות לצוות העובדים שלו לעבוד עם צינור גדול של תלמידים מוכשרים באמצעות תוכניות כמו נתונים+ ו קוד+, הן חוויות מחקר קיץ של עשרה שבועות המשלבות צוותים מעורבים של סטודנטים לתואר ראשון ותואר שני של דיוק עם מערכי נתונים ובעיות מהחיים האמיתיים של חברות שותפות.

(ג) אוניברסיטת דיוק

מקור המאמר המקורי: WRAL TechWire