Duke-forskare leder $5M-projektet för att förbättra flygvapnets nätverk

Publiceringsdatum: 20 oktober 2020

DURHAM – Forskare vid Duke University kommer att arbeta med kollegor över hela landet för att säkerställa att framtida kommunikationsprotokoll som används av det amerikanska flygvapnet är lämpliga för att hantera de mest datatunga uppgifterna man kan tänka sig, som att flyga UAV:er, och säkra från motståndsangrepp.

Ledd av Robert Calderbank, Charles S. Sydnor Distinguished Professor of Computer Science, Electrical and Computer Engineering, and Mathematics, and director of the Rhodes Information Initiative at Duke, and Vahid Tarokh, Rhodos familjeprofessor i elektro- och datorteknik, det nya femåriga programmet $5 miljoner kallas Air Force Research Laboratory/Air Force Office of Scientific Research (AFRL/AFOSR) University Center of Excellence: Agile Waveform Design for Communication Networks i omtvistade miljöer. Det nya centret drar också in forskningsexpertis från Virginia Tech, Princeton University, Carnegie Mellon University, Colorado State University och Arizona State University.

"Det här centret kommer att utveckla metoder för nya vågformsdesign och optimeringstekniker som är både smidiga för förändrad nätverksdynamik och robusta för motståndare i omtvistade miljöer, med bevisbara gränser för prestanda", säger Lauren Huie, Air Force Research Laboratory, Information Directorate (AFRL/ RI), teknisk rådgivare för Computing & Communication Division. "De innovativa teknikerna i detta tillvägagångssätt är redo att ombilda detta område och sammanfläta detta exceptionella universitetsteam och AFRL/RI-forskare och ingenjörer för att bana väg för vågformsdesign för kommunikationsnätverk."

Protokoll är för kommunikation vad programmeringsspråk är för beräkning; de är en uppsättning väldefinierade regler och format som gör att information kan överföras mellan enheter. När trådlösa kommunikationskanaler blir mer bandbreddseffektiva blir dessa protokoll mer komplexa. De kan till exempel använda geografisk och topografisk information, vara robusta mot störningar från byggnader och andra signaler och veta hur man fixar eller ersätter fel som uppstår längs vägen.

Även om denna uppgift är svår nog i kommersiella applikationer som för den senaste generationen smartphones och bärbara datorer, är det ännu svårare för enheter och maskiner som används av flygvapnet. Förutom det vanliga bakgrundsljudet som orsakas av lokal terräng och konkurrerande signaler, måste kommunikationsströmmar också motstå motståndskraftiga attacker. Och de krav som UAV ställer på kommunikationsnätverk är mycket högre än för en vanlig smartphone.

Flygvapnet vill dock inte helt uppfinna hjulet på nytt. Det är önskvärt att protokollen som styr överföringen av kommunikation på deras enheter fungerar med befintliga kommersiella applikationer. Men eftersom deras dataströmmar är mer flyktiga, förändras snabbare än kommersiella nätverk och utsatta för kontradiktoriska angrepp, är kommersiella protokoll inte lätt att klara av uppgiften.

Det nya AFRL/AFOSR University Center of Excellence kommer att utveckla den grundläggande forskning som krävs för att designa och driva protokoll som kan möta flygvapnets behov som arbetar med befintliga lösningar. Genom att skapa ny mjukvara som integrerar maskininlärningsmetoder kommer forskare att utveckla nya vågformer som stöder kommunikation med låg latens samtidigt som de ger robusthet till motståndare i omtvistade miljöer.

"Vårt tillvägagångssätt avviker från traditionella metoder som använder matematiska modeller som beskriver överföringsprocessen, signalutbredning, mottagarbrus, nätverkstrafik och många andra komponenter i systemet som påverkar end-to-end-prestandan", säger Calderbank, som också har möten i el- och datateknik, matematik och fysik. ”Traditionella metoder har fortfarande värde, men de tappar mark eftersom trådlösa länkar blir mer varierande och systemkomponenter blir svårare att modellera. Vi kommer att behålla det värdet genom att utveckla maskininlärningsalgoritmer som är inspirerade av och baserade på traditionella optimeringsmetoder.”

"Duke har en djup kunskap och erfarenhet som kommer från en lång historia av att arbeta med metoder för maskininlärning som har revolutionerat tal- och bildbehandling", tillade Tarokh, som också har utnämningar inom datavetenskap och matematik. "Dessa metoder kommer att vara grunden för de nya nätverken och protokollen som gör det möjligt för flygvapnet att säkra sina framtida behov av trådlös kommunikation."

Projektet kommer att fördjupa befintliga samarbeten mellan de inblandade universiteten och AFRL/RI. Genom att ta itu med denna nya utmaning kommer forskarna att öka kapaciteten, kunskaperna, färdigheterna och expertis hos AFRL-arbetsstyrkan, samtidigt som de ger personalen möjlighet att arbeta med en stor pipeline av begåvade studenter genom program som Data+ och Kod+, både tio veckors sommarforskningserfarenheter som kopplar ihop blandade team av Duke-studenter och doktorander med verkliga datamängder och problem från partnerföretag.

(C) Duke University

Ursprunglig artikelkälla: WRAL TechWire