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.
Лилия Жукова, доцент департамента прикладной математики Московского института электроники и математики им. А.Н. Тихонова НИУ ВШЭ:
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.
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.
Лев Щур, заведующий Лабораторией вычислительной физики МИЭМ им. А.Н. Тихонова НИУ ВШЭ
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.
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