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特定條件下,利用鴿子飛行傳遞大數(shù)據(jù)比網(wǎng)絡(luò)傳輸還快

電子工程師 ? 來源:YXQ ? 2019-04-22 10:22 ? 次閱讀
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首張黑洞照片的拍攝成功,被認為是天文學(xué)史上的里程碑事件。在這條大新聞背后,有一個容易忽略的信息,就是研究人員為了匯集由分布在全球的八臺射電望遠鏡所采集的 4 PB 數(shù)據(jù)(轉(zhuǎn)換成 MP3 格式需播放 8000 年才能聽完),將數(shù)據(jù)拷貝到硬盤上,通過快遞硬盤來交換數(shù)據(jù),這竟然成為了比網(wǎng)絡(luò)傳輸更快的方式。

其實,這不是一個新問題。幾十年來,不同種類的“ sneakernets ”一直都存在,這個詞指的是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸大數(shù)據(jù)的速度還不如一個硬盤來得實在。這些方式包括步行、郵遞,以及更奇特的方式——例如帶有傳奇色彩的信鴿。

美國電子和電氣工程師協(xié)會(IEEE)近日為此做了一項有趣的計算,表明在特定條件下,利用鴿子飛行傳遞大數(shù)據(jù)比網(wǎng)絡(luò)傳輸還快。

網(wǎng)絡(luò)傳輸vs鴿子

今年 2 月,SanDisk 推出世界上第一個 TB 級(1PB=1024TB)的 microSD 卡。和其他所有的 microSD 卡一樣,這張 1 TB microSD 卡體積很小,長 15 毫米、寬 11 毫米、高 1 毫米,而其重量也只有 250 毫克,單個售價 550 美元。

現(xiàn)在,我們早已習(xí)慣了計算機迅猛的發(fā)展速度,因此這些 microSD 卡的發(fā)展基本不會有太多人注意。但這一信息引起了 IEEE 研究人員的興趣。

他們首先采訪了馬里蘭州賽鴿愛好者 DrewLesofski,他證實鴿子可以輕松地攜帶 75 克(甚至更多)重的物體,這并不會對個鴿子的飛翔產(chǎn)生影響。

Lesofski 還表示,鴿子可以飛行的距離令人難以置信,有一只鴿子界的勇士,甚至創(chuàng)造了世界紀錄,從法國阿拉斯開始飛行,最后回到越南胡志明市的巢穴,整個距離 11,500 公里,花了 24 天的旅行。

不過一般情況下,鴿子的飛行距離一般約為 1000 公里,并且以 70 公里/小時的持續(xù)速度飛行。在短距離內(nèi),有些鴿子界的“健將”的速度甚至可以達到達 177 公里/小時。

(圖片來源:IEEE)

IEEE 將這些數(shù)據(jù)理想化地組合在一起,假設(shè)讓一只信鴿攜帶 1 TB microSD 卡飛行,以其最大負荷 75 克為標準,可以攜帶 300 個重約 250 毫克的 microSD 卡,那么這只信鴿將攜帶總共 300 TB 的數(shù)據(jù)。假設(shè)想將數(shù)據(jù)從舊金山傳輸?shù)郊~約(4130 公里),以鴿子的最高速度來計算,鴿子將實現(xiàn)每小時 12 TB( 28 Gbps )信息傳輸速率,這比正常的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率快了不止一個數(shù)量級。在美國,可以找到最快的數(shù)據(jù)傳輸速度為 127.0 Mbps ,以這樣的上傳速度, 300 TB 的數(shù)據(jù)需要 240 多天來傳輸。

但說實話,這個例子過于極端,所有假設(shè)都是最優(yōu)的情況,那么在正常情況下呢?IEEE 的研究人員又提出了另一個方案,這次的設(shè)定是利用一個平均飛行速度為 70 公里/小時的鴿子,只攜帶其最大負荷一半的 1 TB microSD卡攜帶,即 150 TB 的數(shù)據(jù)。在這種情況下,再在把實際數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣壤硐牖?,假設(shè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣瓤梢赃_到 1 Gbps ,結(jié)果獲勝的依然是鴿子。

IEEE 的研究人員推測,在網(wǎng)絡(luò)傳輸 150 TB 的數(shù)據(jù)所需的時間,足夠鴿子在半個地球的距離內(nèi)傳輸信息,這意味在地球上任何地方通過鴿子傳輸這 150 TB 的數(shù)據(jù)都要比用網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)更快。(這里有一個用鴿子傳送數(shù)據(jù)的計算器鏈接https://cable.ayra.ch/pigeon/)

信鴿“間諜”史

幾千年來,信鴿一直是人們傳遞信息的好幫手。尤其是在戰(zhàn)爭時期,據(jù)說凱撒大帝、成吉思汗和威靈頓公爵(在滑鐵盧戰(zhàn)役)都曾依賴鳥類來傳播信息。在第一次世界大戰(zhàn)期間,美國陸軍通信兵和海軍都有鴿舍。而法國政府則曾為一只名為Cher Ami的雌鴿授予過“英勇十字勛章”(Croix de Guerre),以表彰它在凡爾登戰(zhàn)役中的英勇表現(xiàn)。

據(jù)統(tǒng)計,英國在二戰(zhàn)期間飼養(yǎng)了超過 25 萬只信鴿,其中 32 只獲得了迪金獎?wù)?,這是英國頒發(fā)給在戰(zhàn)爭中表現(xiàn)杰出的動物們的勛章,也被稱為是“動物的維多利亞十字勛章”。

而美國中央情報局(CIA)則把鴿子培養(yǎng)成了優(yōu)秀且神秘的間諜。20 世紀 70 年代,美國中央情報局研發(fā)辦公室發(fā)明了一種小型、輕便的照相機,可以綁在鴿子的胸前。當鴿子需要執(zhí)行任務(wù)時,會飛過它既定的目標,然后再飛回基地。相機內(nèi)部的電池驅(qū)動馬達會推動膠卷前進,并按下快門。鴿子攜帶的攝像機在拍攝時,其飛行路線距離地面只有幾百米,這樣拍攝的照片比飛機或衛(wèi)星拍攝的照片要清晰詳細得多。至于中情局的鴿子攝像機有沒有成功地提供一些至關(guān)重要的信息?直到今天,我們?nèi)圆坏枚?,因為其檔案至今仍屬機密。

圖|中央情報局的鴿子攝像機有一個電池驅(qū)動的馬達,可以推進膠卷并自動按下快門。

不過,CIA 并不是第一個利用鴿子來傳遞信息的機構(gòu)。德國藥劑師 Julius Neubronner 被譽為訓(xùn)練鴿子拍攝空中照片的第一人。在 20 世紀初的幾十年里,Neubronner 就曾把攝像機綁在信鴿的胸前。當信鴿飛行時,攝像機會按照設(shè)定的時間間隔來拍攝照片。當時普魯士軍方則希望可以利用 Neubronner 鴿子攝像機進行偵察,但由于無法控制其飛行路線或拍攝的具體鏡頭,他們打消了這一想法。

對于那些想利用鴿子傳遞信息的人們來講,最看重如何訓(xùn)練鴿子在兩點之間飛行。最好的方式當然是通過食物的長期激勵。在固定的位置喂養(yǎng)鴿子,再將它們安置到另一個地方,就可以教會鴿子飛行路線。

信鴿如此適合傳遞信息,在傳遞大量數(shù)據(jù)并不十分輕松便捷的時候,人們自然在這二者中開始產(chǎn)生了一些聯(lián)想。

在 1990 年 4 月 1 日,DavidWaitzman 向互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組的網(wǎng)絡(luò)工作組提交了一份征求意見的請求(RFC),該工作組名為“以鳥類為載體的網(wǎng)際協(xié)議(IPoverAvianCarriers)”現(xiàn)在稱為 IPoAC ,這是一個理論上使用信鴿等鳥類傳輸IP數(shù)據(jù)的通訊提案。

并且,國際互聯(lián)網(wǎng)標準組織還于1999年愚人節(jié)發(fā)表了 RFC 2549 ,為 IPoAC “加上” QoS 功能,作者同樣是 D. Waitzman 。而后在 2011 年愚人節(jié),互聯(lián)網(wǎng)國際標準機構(gòu)再發(fā)表了《RFC 1149 在 IPv6 的應(yīng)用》。

事實上,IPoAC 曾經(jīng)被成功實驗過,但是 9 個數(shù)據(jù)包中只有 4 個數(shù)據(jù)包成功傳送,丟包率 55 %(由用戶失誤造成),其響應(yīng)時間從 54 分鐘到 1.77 小時不等。因此,該技術(shù)的延遲問題嚴重。不過這個缺點可以通過增大數(shù)據(jù)包本身得到大幅改進,如使用信鴿攜帶大容量存儲卡。

幾次相關(guān)提案都是在愚人節(jié)提出的,惡搞色彩比較明顯。但隨著大容量存儲卡的發(fā)展,在特定條件下傳輸大數(shù)據(jù),鴿子可能比網(wǎng)絡(luò)完成的更好。

傳輸大數(shù)據(jù)的多種選擇

需要說明的是,上述的比較是一個純數(shù)據(jù)的比較。在這個極端的理想模型中,研究人員并沒有考慮將數(shù)據(jù)復(fù)制 microSD 卡上所需要的時間,將其裝載到鴿子身上的時間,鴿子到達目的地后,從 microSD 卡讀取數(shù)據(jù)所花費的時間。這樣算下來延遲顯然非常高。

而且,這其中有個最大的限制就是,作為載體的信鴿只能單一地從一個地方飛回其巢穴,這意味無法選擇傳輸?shù)哪康牡?,目的地只能是巢穴所在地,那么是否要將鴿子先運輸?shù)綌?shù)據(jù)傳輸?shù)脑搭^呢?這些都是很大的問題,這限制了用鴿子傳輸數(shù)據(jù)的實用性。

(圖片來源:IEEE)

而且鴿子傳輸信息的途中也有很多的不確定性,鴿子臨時改變飛行路徑,或者遇到天敵等情況,都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的損壞或者丟失。盡管如此,鴿子仍然保持著一些關(guān)鍵的優(yōu)勢:它們的伸縮性很好,它們的工作成本很低,可能會低到只需要一點點花生,在一些方面它們也顯得很可靠,例如相較無人機傳輸而言,鴿子的“機身”已經(jīng)集成了高度復(fù)雜的避障軟件和硬件,而且還自發(fā)電。

但是對于大量數(shù)據(jù)如何傳輸這個問題,我們還有很長的路要走,至少在目前我們還是要依靠物理傳輸,亞馬遜就提供了一項名為 Snowmobile 的服務(wù),是一種用于將海量數(shù)據(jù)移動到亞馬遜云服務(wù)(AWS)中的 EB 級數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。Snowmobile 是一個 45 英尺長的堅固的集裝箱,由一臺半掛卡車牽引,一次可以傳輸高達 100PB 的數(shù)據(jù)。盡管它的移動速度不會像同等數(shù)量的幾百只鴿子那么快,但相較而言,它可能更容易管理,數(shù)據(jù)也會更安全。

當然,如果你是一個信鴿發(fā)燒友,完全可以利用鴿子來傳遞數(shù)據(jù),IPoAC 是屬于每個人的。而且,對于點對點的大量數(shù)據(jù)傳輸,應(yīng)該沒有什么會比鴿子做的更好,除非你馴服了一只鷹。

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原文標題:在特定條件下,用信鴿傳輸大數(shù)據(jù)比網(wǎng)絡(luò)快

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