Efektivnější internetový server inspirovaný včelami

• | Tisk |

Podrobnosti

Vytvořeno 02. leden 2008

Napsal Tereza Knířová

Podle výzkumu provedeného na Georgia Institute of Technology (USA) inteligence roje obdivuhodně zorganizovaných včel by se mohla využít ke zlepšení efektivnosti internetových serverů.

Komunikační systém založený na včelím tanci pomáhá internetovým serverům snížit pravděpodobnost, že se webová stránka zahltí příkazy a znechutí potencionální uživatele a zákazníky. Ve srovnání se způsobem, jakým internetové servery běžně fungují, včelí metoda dokáže zlepšit jejich služby ze 4 na 25 procent v testech reálného internetového provozu. Tento výzkum byl publikován v časopise Bioinspiration and Biomimetics.

Craig Tovey, profesor na Fakultě strojního a systémového inženýrství v Georgii, nejdříve studoval efektivnost včel a poté své poznatky konzultoval se svým kolegou zabývajícím se počítačovou problematikou. Nakonec došel k závěru, že včely a internetové servery mají překvapivě stejné překážky na cestě k efektivnímu fungování.

„Studoval jsem včely roky a čekal jsem na tu pravou aplikaci,“ vysvětluje Tovey, „Pokud pracujete s biomimetikou (věda, která se zabývá tím, jak biologické principy aplikovat do designu a strojírenství), musíte hledat co nejtěsnější analogii mezi dvěma systémy – nikdy nesmí být tato analogie umělá. Včely a internetové servery k sobě ale naprosto sedí.“

Včely mají omezený počet dělnic, které mohou létat ven z úlu za květinami. Jejich úkolem je sbírat nektar, vracet se zpět a tento proces opakovat, dokud není zdroj nektaru vyčerpán. Někdy je nektaru nadbytek, jindy zase nedostatek. Prostředí, ve kterém včely žijí se neustále mění – některá květinová místa dávají mnohem lepší nektar než ostatní, změny ročních období a deštivé dny zase včelám sbírání nektaru znepříjemňují. Takže, jak to včely dělají, že dokáží udržovat stabilní přísun nektaru do úlu?




Internetové servery poskytují výpočetní výkon nezbytný k fungování www stránek. Každá webová stránka nebo klient má obvykle přidělený určitý počet serverů, které ji obsluhují. Pokud se uživatel připojí na internetovou stránku, servery poskytují výpočetní sílu, dokud nejsou všechny požadavky na používání stránky splněny. Někdy je na stránku kladeno mnoho požadavků (příkladem mohou být stránky obchodního domu s oblečením krátce po odvysílání televizní reklamy), jindy jsou požadavky jen minimální. Předpovídání požadavků na internetovou stránku, včetně toho, zda se uživatel bude dívat na video klip nebo bude nakupovat, je v nevypočitatelném internetovém prostředí nesmírně náročné. Servery jsou velice často přetíženy, jindy jsou naprosto neaktivní a to vše úplně nahodile.


Včely se chopily svého problému s rozvržením zdrojů (omezený počet včel a nepředvídatelné požadavky na jejich čas) pomocí komunikačního systému řízeného „tanečky“. Zde je vysvětlení, jak to celé funguje: Průzkumná včela opustí úl a letí hledat zdroj nektaru. Pokud najde slibné místo, vrací se na „taneční parket“ v úlu a předvádí „taneček“. Směr tance pak řekne čekajícím včelím dělnicím, kterým směrem mají letět, počet kolébavých natočení jim napoví vzdálenost na květinové místo. Délka celého tanečku představuje sladkost nektaru.

Včelí dělnice tančí za průzkumnicí, dokud se správně nenaučí všechny kroky (a podrobnosti o nektaru). Poté vyletí ven z úlu nasbírat nektar popsaný v tanečku. Tak dlouho, dokud se na daném místě nachází nějaký nektar, všechny včely přilétající do úlu opakují svůj tanec. Ostatní dělnice pokračují v létání za popsaným zdrojem, dokud tanec postupně nevymizí a nebo dokud se nová včela nevrátí se zajímavějším tancem, který všem sdělí umístění lepšího zdroje nektaru.



„Ačkoli popsané tančení nevypadá jako efektivní model, můžeme říct, že je naprosto optimální pro nepředvídatelný svět, který včely obývají,“ vysvětluje Tovey. Tento systém jim umožňuje posouvat se hladce od jednoho zdroje nektaru k jinému a to v řádu minutové aktualizace. To všechno bez jasného vůdce nebo příkazů z nějakého řídícího centra, což by zpomalovalo proces vytváření rozhodnutí.

„Včely ale nepředvádí výpočetní proces nebo strategii. Ony jsou samotným výpočetním procesem,“ dodává Tovey.

Na druhou stranu internetové servery jsou teoreticky optimalizovány na normální podmínky, které jsou opakovaně porušovány nevypočitatelným lidským prostředím. Přidělením určitých serverů k jednotlivým webovým stránkám, vytvořili internetoví hostitelé systém, který sice pracuje dobře za normálních podmínek, ale velice špatně při mnoha požadavcích. Pokud se požadavky pro jednu stránku zvětší, mnoho serverů běží na prázdno zatímco přidělené servery dosahují své kapacity a začínají řadit potencionální uživatele do prodlužující se fronty. Tato situace zkouší trpělivost uživatelů a odhání potencionální zákazníky.

Tovey a jeho kolega začali pracovat na použití včelí strategie pro tyto zahálející internetové servery. Vyvinuli virtuální „taneční parket“ pro síť serverů. Když jeden server obdrží požadavek od uživatele pro určitou internetovou stránku, umístí na virtuální taneční parket vnitřní inzerát (nahrazující taneček), aby přilákal všechny dostupné servery. Délka inzerátu závisí na požadavku stránky a také na tom, jak velkou tržbu její uživatelé přibližně udělají. Čím déle inzerát zůstává na tanečním parketu, tím více výpočetní síly poskytují dostupné servery internetovým stránkám, které umístily inzerát.



Zdroj: Gatech