With the advent of cheap, miniaturized electronics, ubiquitous networking has reached an unprecedented level of complexity, scale and heterogeneity, becoming the core of several modern applications such as smart industry, smart buildings and smart cities. A crucial element for network performance is the protocol stack, namely the sets of rules and data formats that determine how the nodes in the network exchange information. A great effort has been put to devise formal techniques to synthesize (offline) network protocols, starting from system specifications and strict assumptions on the network environment. However, offline design can be hard to apply in the most modern network applications, either due to numerical complexity, or to the fact that the environment might be unknown and the specifications might not available. In these cases, online protocol design and adaptation has the potential to offer a much more scalable and robust solution. Nevertheless, so far only a few attempts have been done towards online automatic protocol design. Here, we envision a protocol as an emergent property of a network, obtained by an environment-driven Distributed Hill Climbing algorithm that uses node-local reinforcement signals to evolve, at runtime and without any central coordination, a network protocol from scratch. We test this approach with a 3-state Time Division Multiple Access (TDMA) Medium Access Control (MAC) protocol and we observe its emergence in networks of various scales and with various settings. We also show how Distributed Hill Climbing can reach different trade-offs in terms of energy consumption and protocol performance.


翻译:随着廉价、小型电子的出现,无处不在的网络化达到了前所未有的复杂程度、规模和差异性,成为智能工业、智能建筑和智能城市等若干现代应用的核心,成为了智能工业、智能建筑和智能城市等现代应用的核心。网络性能的一个关键要素是协议堆叠,即一套规则和数据格式,确定网络交换信息的节点如何。随着系统规格和网络环境的严格假设的出现,我们作出了巨大努力来设计综合(离线)网络协议的正式技术。然而,离线设计可能难以应用于最现代的网络应用,要么由于数字复杂性,要么由于环境可能不为人所知和无法提供规格的事实。在这种情况下,在线协议设计和调整有可能提供更可扩展和强有力的解决方案堆叠。尽管如此,在网上自动协议设计方面,我们只做了几次尝试。 我们设想了一个由环境驱动的分布式山爬升算算法,利用本地加固信号演变成、在前期和没有中央协调的情况下,我们可以在任何中层化的消费网络上测试(我们如何在跨期和跨期和跨级的货币交易网络上进行跨级的跨级协议操作,我们如何在跨度上测试。

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