В распределенных системах каждый узел имеет свои часы. Они могут показывать разное время, а из-за температуры и производственных допусков часы постепенно расходятся. Для согласованной работы устройств нужна синхронизация. Обычно для этого используют единый источник времени или ведущий узел. Но в подземных коммуникациях, плотной городской застройке или космосе глобальный сигнал недоступен. А ведущий узел может выйти из строя.
В таких случаях применяют децентрализованные алгоритмы: устройства обмениваются данными с соседями и вырабатывают общую временную шкалу. Существующие алгоритмы усредняют показания времени соседей. Но для логического времени — счетчика, определяющего порядок событий, — это создает проблему. Если одни часы сильно спешат, для усреднения им пришлось бы откатить время назад. Это нарушает причинно-следственные связи, что недопустимо в промышленной автоматике или медицинских системах.
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Университета «Сириус» предложили другое решение. Вместо среднего значения сеть ориентируется на максимальное время. Это исключает откат часов. Но если безоговорочно следовать максимуму, одиночный сбой может нарушить всю работу. Авторы адаптировали алгоритм softmax, который используют в машинном обучении, чтобы сделать систему устойчивой к ошибкам передачи данных.
Стремление к максимуму естественным образом устраняет проблему отката часов. Чтобы догнать максимум, никому не нужно уменьшать свои показания. Но если безоговорочно ориентироваться на максимальное значение, алгоритм становится чувствительным к шумам и помехам. Мы адаптировали softmax, и теперь устройствам не приходится откатывать часы назад, а синхронизация остается устойчивой
Исследователи также показали, что эффективность обмена данными зависит от регулировки мощности передачи сигнала. Предложенный подход экономит заряд батарей и сохраняет работоспособность сети при выходе отдельных узлов из строя. Обе работы предлагают методы для надежных и энергоэффективных распределенных систем в интернете вещей, промышленной автоматике и робототехнике. Результаты опубликованы в Scientific Reports.
Ранее Наука Mail писала о том, что инженеры создали систему SmartNav, которая обеспечивает сантиметровую точность GPS-навигации в условиях плотной городской застройки.