Użytkownik w pętli — User-in-the-loop

Koncepcja użytkownika w pętli mająca na celu poprawę wydajności systemu poprzez okazjonalne wydawanie instrukcji użytkownikowi.

User-in-the-Loop ( UIL ) odnosi się do koncepcji, że technologia (np. sieć) może poprawić cel wydajności poprzez zaangażowanie swoich użytkowników ( warstwa 8 ). Pomysł można zastosować w różnych dziedzinach technologicznych. UIL zakłada, że ​​użytkownicy sieci należą do najmądrzejszych, ale także najbardziej nieprzewidywalnych jednostek tej sieci. Co więcej, użytkownicy często mają pewien zestaw (wejściowych) wartości, które wyczuwają (mniej lub bardziej obserwują, ale można sobie również wyobrazić sprzężenie akustyczne lub dotykowe: wyobraź sobie, że pedał gazu w samochodzie stawia opór, jak w przypadku prędkościomierza). Zarówno elementy mądrego podejmowania decyzji, jak i obserwowane wartości mogą pomóc w osiągnięciu większego celu.

Wartości wejściowe mają na celu zachęcenie/zniechęcenie użytkowników do zachowania się w określony sposób, który poprawia ogólną wydajność systemu. Jeden z przykładów historycznego wdrożenia związanego z UIL pojawił się w sieciach elektroenergetycznych, gdzie przedstawiany jest użytkownikom energii elektrycznej wykres cen. Ten wykres cenowy różnicuje wartości energii elektrycznej w oparciu o np. okresy pozaszczytowe, środkowe i szczytowe. Ale to jest kontrola w otwartej pętli. UIL w rzeczywistości umożliwia sterowanie w zamkniętej pętli, tj. posiadanie użytkownika w pętli. W obliczu niejednorodnego modelu cen, użytkownicy reagują odpowiednio zmieniając zużycie energii, co ostatecznie prowadzi do ogólnej poprawy dostępu do energii elektrycznej (zmniejszenia zużycia w godzinach szczytu). Ostatnio UIL został wprowadzony również dla telekomunikacji bezprzewodowej (sieci komórkowe).

Zasoby bezprzewodowe, w tym przepustowość (częstotliwość) są coraz rzadszym zasobem i podczas gdy obecne zapotrzebowanie na sieć bezprzewodową jest w większości przypadków poniżej podaży (potencjalna przepustowość łączy bezprzewodowych w oparciu o ograniczenia technologiczne), szybki i wykładniczy wzrost popytu sprawi, że dostęp bezprzewodowy stanie się coraz droższym zasobem w ciągu kilku lat. Podczas gdy zwykłe technologiczne reakcje na tę perspektywę, takie jak innowacyjne nowe generacje systemów komórkowych, wydajniejsza alokacja zasobów, radio kognitywne i uczenie maszynowe są z pewnością konieczne, wydaje się, że pomijają one główny zasób systemu, a mianowicie użytkowników. Użytkowników bezprzewodowych można zachęcić do zmiany „zachowania bezprzewodowego” poprzez wprowadzenie zachęt, np. zróżnicowanych cen. Ponadto można wykorzystać rosnącą troskę o środowisko i znaczne, ale niewidoczne skutki korzystania z sieci bezprzewodowych, aby przekonać „bardziej ekologicznego” użytkownika do zmiany zachowania bezprzewodowego w celu zmniejszenia śladu węglowego .

UIL używany w komunikacji bezprzewodowej jest określany jako Smart Grid of Communications. Ma to na celu uniknięcie lokalizacji złej adaptacji łącza lub nadmiernego wykorzystania w godzinach szczytu .

Przegląd

Niezależnie od różnych sposobów nadawania bodźców i kar, wynikiem blokady użytkownika jest reakcja przestrzenna, czasowa lub brak reakcji. Przestrzenny UIL oznacza, że ​​użytkownik zmienia lokalizację na lepszą (jak powszechna praktyka w sieciach WiFi). Tymczasowy UIL oznacza, że ​​żądanie zostało pominięte w bieżącym czasie (aby być kontynuowane w innym czasie, porzucone lub przeniesione do sieci przewodowej w domu). Zachętą jest zazwyczaj w pełni dynamiczna taryfa. To kształtuje zapotrzebowanie użytkowników podczas zatorów. UIL ma na celu stabilizację zapotrzebowania na ruch do zrównoważonego poziomu poniżej przepustowości. W sieciach komórkowych pomaga przez cały czas utrzymywać ruch poniżej przepustowości.

Sterowanie przestrzenne UIL

Ogólna perspektywa UIL jest pokazana na rysunku. W koncepcji UIL sterownik podaje użytkownikowi niezbędne informacje, a więc oczekuje się, że użytkownik dobrowolnie zmieni swoją aktualną lokalizację z punktu A na B. Aktualna jakość sygnału w punkcie A i/lub wydajność widmowa są tam znane dzięki kontroler. Poza tym średnia jakość sygnału i/lub wydajność widmowa są znane dla wszystkich lokalizacji sieci z bazy danych poprzednich pomiarów. Następnie sieć dostarcza niezbędnych informacji i sugeruje użytkownikowi lepsze pozycje. Przed przemieszczeniem użytkownik zna swoją przewagę użyteczności między punktem B i A. Ta korzyść użyteczności może mieć charakter finansowy (zniżka na połączenia głosowe) i/lub zwiększona szybkość transmisji danych (ruch danych typu best-effort). Sieć dostarcza informacji gdzie (w jakim kierunku do jakiej lokalizacji) się poruszać. Przed podjęciem decyzji użytkownik powinien mieć wszystkie niezbędne informacje (stopa rabatowa, zwiększona szybkość transmisji danych, jak daleko jest kolejny ulepszony krok). W końcu pewna część użytkowników uczestniczy w przeprowadzce, a reszta pozostaje na miejscu, w tym wszyscy użytkownicy, którzy nie mogą się ruszyć, nie chcą się przenieść lub nie mają wystarczającej motywacji do przeprowadzki. Blok użytkownika na rysunku wyprowadza nową lokalizację B, jeśli użytkownik zdecyduje się przenieść. Prawdopodobieństwo to zależy od odległości i danej użyteczności motywacyjnej. Docelowa wydajność widmowa to minimalna wydajność widmowa, jaką użytkownik powinien osiągnąć po ruchu (wartość docelowa musi być większa od aktualnej).

Kontrola czasowa UIL

Wzrost popytu w sieciach komórkowych jest napędzany przez ryczałtową politykę cenową. Promuje rozbudowane rozkłady ruchu i prowadzi do nieograniczonego wzrostu popytu. Obecnie polityka cenowa zaczyna się zmieniać ze względu na nieograniczony wzrost popytu. W końcu niektórzy operatorzy zaczęli pobierać ryczałt z limitem, ale jest to rozwiązanie tymczasowe. W literaturze sugeruje się bardziej rozbudowane rozwiązanie, ustalanie cen na podstawie zużycia, ale samo w sobie nie rozwiązuje problemu zatorów w godzinach pracy. O krok dalej w UIL sugerowane jest w pełni dynamiczne ustalanie cen w oparciu o wykorzystanie. Ta dynamiczna cena jest wyświetlana na terminalu użytkownika (UT), dzięki czemu użytkownik może zdecydować, czy chce korzystać z usługi, czy nie. Główna idea jest bardzo jasna, użytkownik będzie generował mniejszy ruch, gdy cena sesji wzrośnie. W rezultacie metoda wyceny zmieni zachowanie użytkowników i ruch jak w taryfach energii elektrycznej i aplikacjach smart-grid, a nawet lepiej niż tam, ze względu na natychmiastową informację zwrotną i opóźnienie rzędu sekund, co pozwala na najlepszą reakcję i szkolenie .

Korzyści

Zastosowania użytkownika w pętli są możliwe we wszystkich dziedzinach, w których zużywane są ograniczone zasoby i gdzie należy unikać negatywnego wpływu na społeczeństwo lub środowisko, np. nadmierne zużycie energii i paliw kopalnych.

Powody korzystania z UIL są wielorakie. W komunikacji bezprzewodowej w ciągu najbliższych 10 lat narasta problem ze wzrostem szybkości transmisji danych. Smartfony i klucze do laptopów będą nadal zwiększać ruch o 100% rocznie - trend obserwowany już w ciągu ostatnich 5 lat. Tradycyjne podejście do przewymiarowania przepustowości w celu obsługi całego ruchu stanie się trudniejsze, ponieważ 4G, 5G i inne nie będą w stanie nadążyć za popytem przy takim tempie wzrostu. W przyszłości coraz większe znaczenie ma również zużycie energii i ekologia. Jakikolwiek wzrost przepustowości zapewni technologia, wkrótce zostanie pochłonięty przez jeszcze szybciej rosnący ruch. Nowe podejścia wymagają wydatkowania jeszcze większej ilości pieniędzy i energii, np. na piko- i femtokomórki. UIL podejście jest prostopadły i nie wymaga więcej nakładów inwestycyjnych i siły . UIL jest w stanie znacznie zwiększyć wydajność widmową.

Zachęty

Interfejs pomiędzy kontrolerem UIL a skrzynką użytkownika składa się z informacji i zachęt. Informacja to po prostu wiedza, że ​​zmiana wyników użytkownika byłaby korzystna (dla systemu, społeczności, społeczeństwa). Jednak w większości przypadków może być wymagana dodatkowa zachęta, aby użytkownik rzeczywiście zmienił swoje domyślne zachowanie, ponieważ altruizm nie jest wystarczająco dalekosiężny, a ludzie mają tendencję do preferowania egoistycznych strategii w wolnych społeczeństwach (patrz teoria gier ). Ten dylemat nazywa się Tragedią wspólnego pastwiska . Zatem racjonalne jest przyjęcie modelu homo economicus napędzanego maksymalizacją użyteczności w pierwszym rzędzie, a homo reciprocans tylko dla efektów drugiego rzędu.

Zachęty mogą dotyczyć aspektów finansowych (tańsza stawka za użytkowanie) lub innych korzystnych premii, które można wymienić na pieniądze lub nie. Przykładem są mile programu dla osób często podróżujących na każdy ruch przestrzenny, który wykonuje użytkownik. Inną korzyścią w sieci bezprzewodowej jest przyznanie użytkownikowi wyższej przepływności , ale tylko dla użytkownika zgodnego. Negatywne bodźce są również możliwe w formie kar, ale psychologia sugeruje, że pozytywne bodźce działają lepiej. Kara może zostać nałożona, gdy korzystanie z systemu jest niekorzystne dla całkowitego celu w bieżącym czasie lub miejscu (godzina zajętości, sytuacja przeciążenia, zła adaptacja łącza ), aby uniemożliwić użytkownikowi korzystanie z systemu w takich okolicznościach. Zamiast tego w lepszej lokalizacji lub porze dnia użycie byłoby użyteczne bez kar.

Przykłady zastosowań

  • Motywowanie użytkowników do działania w innej lokalizacji (np. w kierunku lokalizacji o lepszej wydajności widmowej w bezprzewodowej sieci komórkowej)
  • Przekonywanie użytkowników, aby nie wykonywali określonej czynności w tym czasie (w godzinach szczytu), ale w lepszym czasie.
  • Odpowiedź popytu w inteligentnej sieci
  • Kontrolowanie zachowań użytkowników w kierunku pozytywnego celu
  • pojemność/zapotrzebowanie, znane również jako równoważenie obciążenia
  • zużycie mediów: prąd, gaz, woda
  • systemy cyber-fizyczne w ewakuacji budynków infrastruktury
  • bezpieczne projektowanie systemów
  • wykorzystanie paliw kopalnych w transporcie, ciepłownictwie, przemyśle
  • szybka dynamiczna wycena wszelkiego rodzaju
  • przykładowy wyświetlacz mobilny tutaj
  • Interfejs użytkownika za pomocą monitora zużycia paliwa, jak pokazano w zużyciu paliwa w samochodach

Zielony aspekt

Ogólnie rzecz biorąc, UIL pozwala kontrolować cel, który jest bardziej ekologiczny, niż gdyby użytkownik działał w sposób niekontrolowany. Tym celem może być zużycie energii, zużycie paliw kopalnych, spożycie żywności, a nawet łagodniejsze cele, takie jak zachowania społeczne. To tak, jakby zasady (wypłaty) można zmienić w teorii gier, aby wynik wydawał się bardziej kooperacyjny.

Zielony aspekt sieci bezprzewodowej jest następujący. Energia zużywana przez infrastrukturę bezprzewodową, taką jak stacje bazowe, centra przełączania, już obecnie stanowi 0,5% światowego zużycia energii elektrycznej, a tym samym emisji dwutlenku węgla. Zestawienie współczesnych danych daje ślad węglowy wynoszący 34 g CO 2 (lub 17 dm 3 ) na 1 MB przesyłanych danych. Możemy to nazwać aktualnym zielonym wskaźnikiem bezprzewodowej komunikacji komórkowej. Jeden bit odpowiada 5,8 x 10 16 cząsteczek CO 2 jest emisja specyficznych bitów. Bezprzewodowe sieci komórkowe zużywają 0,5% całkowitej energii elektrycznej na świecie, czyli około 20 PWh w 2010 roku. Średni miesięczny ruch w sieciach komórkowych to 240×10 15  bajtów, co daje łącznie 2880 PB w 2010 roku. Wtedy energia na bajt wynosi 0,0347×10 -6  kWh i równa się 0,125 J. Jeżeli energia elektryczna jest pozyskiwana z węgla, to na 1 kWh energii powstaje 975 g CO 2 . Wtedy na jeden bajt danych bezprzewodowych powstaje 0,0338325 mg CO 2 , co w przybliżeniu odpowiada 34 g CO 2 na 1 MB.

Zobacz też

Bibliografia