Duke-onderzoekers leiden het $5M-project om luchtmachtnetwerken te verbeteren
Datum gepubliceerd:DURHAM – Onderzoekers van Duke University zullen samenwerken met collega's in het hele land om ervoor te zorgen dat toekomstige communicatieprotocollen die door de Amerikaanse luchtmacht worden gebruikt, geschikt zijn voor het uitvoeren van de meest gegevensintensieve taken die je maar kunt bedenken, zoals het vliegen met UAV's, en beveiligd zijn tegen vijandige aanvallen.
Geleid door Robert Calderbank, de Charles S. Sydnor Distinguished Professor of Computer Science, Electrical and Computer Engineering, and Mathematics, en directeur van het Rhodes Information Initiative bij Duke, en Vahid Tarokh, de Rhodes Family Professor of Electrical and Computer Engineering, heet het nieuwe vijfjarige programma van $5 miljoen het Air Force Research Laboratory/Air Force Office of Scientific Research (AFRL/AFOSR) University Centre of Excellence: Agile Waveform Design for Communication Networks in betwiste omgevingen. Het nieuwe centrum maakt ook gebruik van onderzoeksexpertise van Virginia Tech, Princeton University, Carnegie Mellon University, Colorado State University en Arizona State University.
“Dit centrum zal methodologieën ontwikkelen voor nieuwe golfvormontwerp- en optimalisatietechnieken die zowel flexibel zijn voor veranderende netwerkdynamiek als robuust voor tegenstanders in betwiste omgevingen, met aantoonbare prestatiegrenzen”, aldus Lauren Huie, Air Force Research Laboratory, Information Directorate (AFRL/ RI), technisch adviseur voor de afdeling Computing & Communication. “De innovatieve technieken van deze aanpak staan klaar om dit gebied opnieuw vorm te geven en dit uitzonderlijke universitaire team en AFRL/RI-wetenschappers en -ingenieurs met elkaar te verweven om de toekomst van golfvormontwerp voor communicatienetwerken te effenen.”
Protocollen zijn voor communicatie wat programmeertalen zijn voor berekeningen; het zijn een reeks goed gedefinieerde regels en formaten waarmee informatie tussen apparaten kan worden verzonden. Naarmate draadloze communicatiekanalen bandbreedte-efficiënter worden, worden deze protocollen complexer. Ze kunnen bijvoorbeeld gebruikmaken van geografische en topografische informatie, bestand zijn tegen interferentie van gebouwen en andere signalen, en weten hoe ze fouten die onderweg optreden, kunnen repareren of vervangen.
Hoewel deze taak al moeilijk genoeg is in commerciële toepassingen, zoals voor de nieuwste generatie smartphones en laptops, is deze nog moeilijker voor apparaten en machines die door de luchtmacht worden gebruikt. Naast het reguliere achtergrondgeluid dat wordt veroorzaakt door lokaal terrein en concurrerende signalen, moeten communicatiestromen ook vijandige aanvallen kunnen weerstaan. En de eisen die UAV's aan communicatienetwerken stellen, zijn veel hoger dan die van een typische smartphone.
De luchtmacht wil het wiel echter niet helemaal opnieuw uitvinden. Het is wenselijk dat de protocollen die de overdracht van communicatie op hun apparaten regelen, werken met bestaande commerciële kant-en-klare toepassingen. Maar omdat hun datastromen vluchtiger zijn, sneller veranderen dan commerciële netwerken en onderhevig zijn aan vijandige aanvallen, zijn commerciële protocollen niet gemakkelijk opgewassen tegen deze taak.
Het nieuwe AFRL/AFOSR University Centre of Excellence zal het fundamentele onderzoek ontwikkelen dat nodig is om protocollen te ontwerpen en te exploiteren die kunnen voldoen aan de behoeften van de luchtmacht, waarbij gebruik wordt gemaakt van bestaande oplossingen. Door nieuwe software te creëren die machine learning-methoden integreert, zullen onderzoekers nieuwe golfvormen ontwikkelen die communicatie met lage latentie ondersteunen en tegelijkertijd robuustheid bieden aan tegenstanders in betwiste omgevingen.
“Onze aanpak wijkt af van traditionele methoden die gebruik maken van wiskundige modellen die het transmissieproces, de signaalvoortplanting, de ruis van de ontvanger, het netwerkverkeer en vele andere componenten van het systeem beschrijven die de end-to-end-prestaties beïnvloeden”, zegt Calderbank, die ook benoemingen bekleedt in elektrische en computertechniek, wiskunde en natuurkunde. “Traditionele methoden hebben nog steeds waarde, maar verliezen terrein naarmate draadloze verbindingen variabeler worden en systeemcomponenten moeilijker te modelleren zijn. Die waarde zullen we behouden door machine learning-algoritmen te ontwikkelen die geïnspireerd zijn op en gebaseerd zijn op traditionele optimalisatiemethoden.”
“Duke heeft een diepgaande kennis en ervaring die voortkomt uit een lange geschiedenis van het werken met machine learning-methoden die een revolutie teweeg hebben gebracht in de spraak- en beeldverwerking”, aldus Tarokh, die ook functies bekleedt in de informatica en wiskunde. “Dezelfde methoden zullen de basis vormen van de nieuwe netwerken en protocollen die de luchtmacht in staat zullen stellen haar draadloze communicatiebehoeften van de toekomst veilig te stellen.”
Het project zal de bestaande samenwerking tussen de betrokken universiteiten en de AFRL/RI verdiepen. Door deze nieuwe uitdaging aan te pakken, zullen de onderzoekers de capaciteiten, kennis, vaardigheden en expertise van het AFRL-personeel vergroten, terwijl het personeel de kans krijgt om met een grote pijplijn van getalenteerde studenten te werken via programma's zoals Gegevens+ En Code+, beide zomerse onderzoekservaringen van tien weken waarbij gemengde teams van Duke-studenten en afgestudeerde studenten worden gekoppeld aan real-life datasets en problemen van partnerbedrijven.
(C) Duke Universiteit
Originele artikelbron: WRAL TechWire