Network coding, e ti accelero cinque volte la rete

Novità nell’aria per i modelli di trasporto delle informazioni in rete: DARPA continua ad investire per cercare il modo di rendere più veloce e affidabile la consegna dei dati , di consumare meno banda , in particolar modo nelle reti wireless.

Il nuovo modello a cui si lavora consiste nel porre al centro la descrizione dei dati più che i dati veri e propri. Nelle simulazioni si è rilevato che l’applicazione della nuova tecnica può consentire di ottenere un’efficienza fino a cinque volte maggiore rispetto ai protocolli tradizionali.

L’esperimento condotto in questi giorni fa parte di un progetto più ampio, il cui obiettivo è la creazione di reti mobili ad hoc , meglio definite come reti autoconfiguranti di nodi wireless mobili . “Se avrà successo, permetterà comunicazioni tattiche più affidabili tra gli elementi del personale militare ed i veicoli”, spiega Greg Lauer, responsabile della sezione Sistemi Avanzati di Rete di BAE Systems , azienda di Burlington (USA) che ha collaborato con il DARPA nello sviluppo del protocollo, insieme al Massachussetts Institute of Technology .

Secondo Muriel Médard , professore associato di Ingegneria e Informatica presso il MIT, il
progetto dimostra il potenziale delle tecniche del cosiddetto network coding , un campo di studio relativamente recente che è stato anche preso in considerazione per migliorare le prestazioni della stessa Internet: molti ricorderanno Avalanche , il testbed di Microsoft per il peer to peer. In quell’occasione, Redmond aveva scelto proprio il network coding per offrire TV on-demand su larga scala e consegnare le patch del proprio software ai clienti senza creare colli di bottiglia in rete.

Ma queste tecnologie, prima ancora che per il peer to peer, si rivelano efficienti particolarmente per le reti wireless, anche perché formate da un numero elevato di nodi. Médard sostiene che l’analogia tra Internet e un’autostrada sia validissima: molte reti basano il proprio modello sul trasporto di dati, attraversando percorsi che vanno da un indirizzo a un altro. “Il problema sono gli ingorghi : in quei casi, spesso ci si trova di fronte a un blocco”, dice il professore.

“In una rete, di solito si suddivide l’informazione in pacchetti e li si inoltra da un nodo all’altro”, spiega il dirigente di BAE Systems. In caso di mancato recapito, la spedizione viene ritentata finché l’arrivo del pacchetto non viene confermato. Nelle reti mobili, tuttavia, la conferma potrebbe non arrivare mai, a causa di interferenze, restrizione della banda, disturbi naturali oppure – nel caso delle applicazioni militari – perché un determinato nodo si è spostato o è stato colpito. A quel punto, ripetuti tentativi di trasmettere un pacchetto che non potrà mai più arrivare generano un collo di bottiglia dal quale è difficile uscire.

Proprio in questa evenienza, l’adozione del network coding si rivela vincente: “Si prende un certo numero di pacchetti e si combinano tra loro”, spiega Lauer. “Ne risulta un singolo pacchetto che contiene tracce delle informazioni contenute in ciascun pacchetto originario. Il pacchetto ibrido così preparato viene inviato a più nodi (e non solo ad uno, ndr)”. Anche se un singolo pacchetto di tal genere non dovesse contenere sufficienti informazioni per ricostruire i dati originali, nel momento in cui il nodo di destinazione riceverà un sufficiente numero di questi pacchetti ibridi da più fonti , sarà praticamente sempre in grado di ricostruire i dati originali, spiega Médard.

Non c’è solo il vantaggio di usare meno banda per inviare le informazioni, evitando i colli di bottiglia, ma anche quello di tener traccia di quale nodo ha spedito cosa .

La sperimentazione ha rivelato che il metodo usato dal nodo originatore per assemblare il pacchetto ibrido, non ha alcun bisogno di essere condiviso. In presenza di un sufficiente numero di esemplari di pacchetto ibrido, il nodo destinatario riesce a ricostruire l’informazione perché ciò che si è inviato non sono informazioni ma modelli , in altre parole pezzi di algoritmo utili per riassemblare i dati.

Chi si è occupato di compressione dati, d’altro canto, sa perfettamente che questi modelli analitici ne sono parte essenziale e derivano dalla cosiddetta teoria dell’informazione : solo da poco tempo, però, se ne stanno studiando impieghi in campi diversi, quali il trasporto di dati. Si tratta, in definitiva, di un protocollo che anziché viaggiare su una rete dove ogni nodo svolge la funzione di router, fa transitare i pacchetti in tutti i nodi della rete.

Nelle simulazioni del DARPA, realizzate emulando una rete mobile su una rete Ethernet, si è misurato il guadagno in termini di minor banda consumata, pur mantenendo lo stesso standard di dati trasmessi: dati militari di ogni tipo, voce, video e dati tattici. Il tutto simulando ogni possibile condizione di rete, dalle interferenze alla scarsa – o nulla – connettività. Il risultato ha sempre confermato questo valore, un quinto della banda richiesta da una rete “convenzionale”, senza alcuna perdita di qualità.

Il passo successivo, dunque, sarà quello di esaminare il possibile incremento di capacità che ne deriverebbe in qualsiasi rete wireless, tenendo conto che la potenza di calcolo oggi disponibile è elevata al punto che la Legge di Moore, come ben sanno i lettori di Punto Informatico , rischia di essere presto confinata nei libri di storia.

Anche con il WiFi, secondo il DARPA, il nuovo protocollo si è dimostrato valido. Ultimo ma non meno importante, l’uso del network coding offre un ulteriore margine di sicurezza: l’architettura è tale che “c’è sempre modo di capire se qualcuno ha messo le mani nei vostri dati”, spiega Médard.

Entro il prossimo anno l’Agenzia eseguirà test “sul campo” di questo nuovo protocollo presso Fort A.P. Hill , in Virginia.

“Il network coding è una nuova area, estremamente interessante”, ha detto Christina Fragouli , esperta del settore presso la École Polytechnique Fédérale di Losanna. “Le reti mobili e wireless in generale, sono per eccellenza le aree in cui il network coding può dare grande aiuto. Sono realtà con cui è difficile misurarsi, a causa di problemi intrinsechi come le interferenze e la limitatezza della banda”.

Non resta, dunque, che attendere gli ulteriori sviluppi di una tecnologia che – a quanto si legge – potrebbe cambiare molte delle carte in gioco, in tutte le reti wireless.

Marco Valerio Principato

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