Układ nerwowy muszki owocowej pomoże usprawnić sieci bezprzewodowe? :: Artykuły / Polski Serwis Naukowy

Polecamy również:

Naukowcy oglądają w czasie rzeczywistym atak bakterii na zarodki muszki owocowej

Innodoktorant Adam Kaczmarek rozwija metody wyszukiwania informacji w sieci

Drugie międzynarodowe warsztaty nt. web science i wymiany informacji w sieci medycznej, Glasgow, Wlk. Brytania

Zaproszenie do tworzenia sieci kontaktów i platformy wymiany dotyczących planu działania w dziedzinie ekoinnowacji

Polska w sieci najnowocześniejszych rozwiązań life science

Siódme międzynarodowe warsztaty nt. sztucznych sieci neuronowych i inteligentnego przetwarzania informacji, Rzym, Włochy

Mechanizm tworzenia narządu odbierającego fale (również dźwiękowe) u muszki owocowej jest tak nowatorski (z ludzkiego punktu widzenia), iż grupa naukowców z Izraela i z amerykańskiego Carnegie Mellon University (CMU) sądzi, że znajdzie on zastosowanie przy projektowaniu nowoczesnych sieci bezprzewodowych.

Komórki muszki owocowej samorzutnie organizują się w układy, w których niewielka ich liczba działa jako "liderzy grup", łącząc się ze wszystkimi pozostałymi. W analogiczny sposób funkcjonują podzespoły elektroniczne przeznaczone do działań typu: wyszukiwanie dostępnych sieci lub kontrola samolotu w trakcie lotu. Lecz metoda "stosowana" przez układ nerwowy muszek owocowych jest znacznie prostsza i wydajniejsza.

Badacze wykorzystując model zaczerpnięty z owada byli w stanie opracować nowy algorytm. Okazało się, że jego właściwości predestynują go jako świetne narzędzie do tworzenia sieci, w których liczba i pozycja węzłów nie jest do końca sprecyzowana, np. sensorów sieci bezprzewodowych (choćby w monitoringu środowiskowym), gdzie czujniki są rozproszone po dużym obszarze (jeziora, lasy).

Jako że dzisiejsze systemy obliczeniowe (tak samo, jak i układ nerwowy muszki) składają się z milionów elementów, najwydajniejsze jest rozproszone podejście do wykonywanych zadań. Choć elementy współpracują razem dla wypracowania jednego efektu, poszczególne podzespoły nie muszą mieć dostępu do całości informacji, a system musi skutecznie działać, nawet w przypadku awarii pojedynczych elementów.
Pierwszym informatycznym krokiem do stworzenia tak rozproszonej sieci jest odnalezienie małej liczby procesorów, mogących swobodnie komunikować się z pozostałymi procesorami w układzie - teoria grafów nazywa je maksymalnym zbiorem niezależnym (maximal independent set (MIS)). Każdy procesor takiego układu jest albo liderem (wierzchołkiem), albo jest połączony z liderem, przy czym ci ostatni nie łączą się ze sobą bezpośrednio.

Analogiczny układ wydaje się występować u muszki owocowej, która wykorzystuje maleńkie włoski do odbierania bodźców zewnętrznych. Każdy z nich wyrasta z komórki nerwowej zwanej prekursorem narządu zmysłu (sensory organ precursor (SOP)), która łączy się z komórkami przylegającymi, lecz nie z innymi SOP.

Przez trzy dekady informatycy głowili się jak stworzyć mechanizm wybierania MIS w sieciach. Pospolite rozwiązanie stosuje metody probabilistyczne - jak w rzucie monetą lub kostką - w których procesory określają się jako liderzy, według klucza liczby połączeń z innymi procesorami. Procesory połączone z samowyłonionymi liderami wyłączają się z kolejnego losowania, a w kolejnym podejściu wybierane są następni liderzy. Jest to szybki proces, wymaga jednak sporego przesyłu informacji pomiędzy jednostkami. Największe trudności sprawiają sieci rozproszone, w których procesory mogą znajdować się poza swoim wzajemnym zasięgiem.

Neurony muszki owocowej (autor: CMU)
Komórki oznaczone strzałką wybierają siebie liderami i inhibitują taką decyzję u pobliskich neuronów.

Muszki w formie larwy również wykorzystują metody probabilistyczne w celu zdeterminowania, które z komórek zostaną SOP. Jednak w stadium poczwarki neurony nie mają informacji nt. swoich wzajemnych połączeń. Część komórek samorzutnie przekształca się w SOP i wydziela inhibitor blokujący podobną przemianę u sąsiednich komórek. Proces ten trwa przez kilka godzin - do czasu podziału funkcji wszystkich neuronów.
Prawdopodobieństwo, iż dana komórka określi siebie mianem lidera, nie zależy od liczby jej połączeń z innymi komórkami (tak, jak ma to miejsce w sieciach MIS), lecz jest to funkcja czasu. Nie wymaga to skomplikowanych informacji o tym, jak wzajemnie wobec siebie zorientowane są poszczególne elementy sieci.

Algorytm opracowany na podstawie mechanizmów zaobserwowanych u owada pozwolił na tworzenie bardziej stabilnych i wydajnych połączeń, choć utworzenie sieci było nieco dłuższe. Mimo to prostota rozwiązania prawdopodobnie zdecyduje o upowszechnieniu tej metody w krótkim czasie.

Za: CMU

Literatura: Yehuda Afek, Noga Alon, Omer Barad, Eran Hornstein, Naama Barkai, and Ziv Bar-Joseph. A Biological Solution to a Fundamental Distributed Computing Problem. Science, 2011; 331 (6014): 183-185 DOI: 10.1126/science.1193210

komentuj publikację

Czy wiesz że...?

wersja BETA

Topologia sieci komputerowej model układu połączeń różnych elementów (linki, węzły itd.) sieci komputerowej. Określenie topologia sieci może odnosić się do konstrukcji fizycznej albo logicznej sieci. pełny tekst

Freeloading w terminologii firmy Microsoft termin z zakresu bezpieczeństwa bezprzewodowych sieci lokalnych zagrożenie polegające na wykorzystaniu przez intruzów cudzej i słabo zabezpieczonej infrastruktury sieci bezprzewodowej do własnych celów. Freeloading prowadzi m.in. do znacznego obniżenia jakości usług QoS (obciążenia sieci), wystawienia sieci i jej użytkowników na dodatkowe zagrożenia ze strony wirusów, złośliwego oprogramowania, botnet, a także na konsekwencje prawne dla osób odpowiedzialnych za sieć (sprawców przestępstw komputerowych wykorzystujących niezabezpieczone bezprzewodowe sieci lokalne jest trudniej znaleźć). W niektórych krajach freeloading jest traktowany jako przestępstwo. pełny tekst

Diafragma - przyrząd służący do pokazania prawidłowego ustawienia muszki w stosunku do szczerbiny celownika bezpośrednio na przyrządach celowniczych broni strzeleckiej oraz prawidłowego zgrania równej muszki z punktem celowania. pełny tekst

Christiane Nüsslein-Volhard (ur. 20 października 1942 w Magdeburgu) niemiecka biolog, laureatka Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny, którą otrzymała w 1995 wraz z Erikiem Wieschausem i Edwardem B. Lewisem za badania nad genetyczną kontrolą rozwoju zarodka z wykorzystaniem muszki owocowej Drosophila melanogaster. pełny tekst

Moduł "Czy wiesz że...?" (wersja testowa, beta): definicje/pojęcia wygenerowane w obrębie tego modułu pochodzą z Wikipedii i udostępniane są na licencji Creative Commons: uznanie autorstwa, na tych samych warunkach, z możliwością obowiązywania dodatkowych ograniczeń. Dostęp do pełnej wersji każdego hasła (oraz dokładnch informacji na temat licencji, autora oraz edycji) możliwy jest po kliknięciu w odnośnik opisany jako "pełny tekst".