MIT课堂大赛重新定义网络协议

——学生对于蜂窝网络协议的设计有助于定义其性能的极限

插图由MIT的Jose-Luis Olivares提供

在21世纪，设计竞赛已成为一种方法，能使困难的计算问题迅速进展。试图改善Netflix电影推荐算法的价值百万美元的Netflix奖，大概是最引人注目的例子。但类似的，如果降低筹码，比赛已经解决了计算机视觉、医疗数据分析和气候预测领域的问题。

2012年，两位博士生在计算机科学与工程系的富士通教授Hari Balakrishnan的实验室，提出了将这种类型的比赛引入课堂的想法。接下来的一学期，即2013年春季，在研究生层次的网络课程中，Balakrishnan教授重点展开了一个为期两周的研究项目，其中20支双人学生小组设计了用于管理蜂窝网络中拥挤问题的竞争协议。

同年春季，Balakrishnan的研究小组计划在一个主要的网络会议中提出一个称为“萌芽”的协议。因此对于任何一支能够做出更好的萌芽表现的小组的奖励，是合著出一篇描述比赛及其结果的论文。两组学生——包括由本科生组成的一组——都参与到论文当中，此论文发表于7月份计算机协会的《计算机通信评论》之上。

“非常荣幸能与40名MIT的学生一同工作并且收获他们的创造成果，” 一位曾帮助设计大赛，并作为上月所发表论文的第一作者的研究生Anirudh Sivaraman说到，“你不知道这种途径，即真正聪明的人以一种聚焦于别处的方式钻研一个问题。“

“减充血剂”

设备连接到一个以太多要求将它淹没的网络时，则发生拥塞。当拥塞协议发现诸如延迟或丢失数据包等拥塞的证据后，它们一般会扼制发送者的传输。

通常根据两项标准评价网络：一项是延迟，另一项是吞吐量——网络在既定的时间跨度内能够处理的数据总量。根据吞吐量到延迟的比率对学生的提交进行了评价。

在为期两周的时间跨度内，学生们对几十个方案的设计进行了近3000种变化的测试。Sivaraman说，该协议的表现，启示着在延迟和吞吐量之间存在着一个明显的权衡，这对协议的设计者来说可能是非常有用的信息。

“还有对于更加明确定义的问题的理论刻画，” Sivaraman谈到，“但是令我们感兴趣的是，通过对于蜂窝网络的微量数据包交付来定义的问题——数学描述这个更加困难。”

“我们能够真正描绘出这样的设计空间，并说出我们自己的协议，“萌芽”，是在前沿的某个地方——在那里人们在吞吐量或延迟方面可以做的比我们更好，但可能不会两者都好，”他继续道，“这对我们而言，与让一个学生在一个特定的指标上做的更好或者更坏相比，科学上可能是一个更大的交易。”

加入Sivaraman和Balakrishnan并参与到《计算机通信评论》论文中的Keith Winstein，当时是MIT的研究生，现在是斯坦福大学的助理教授，他是提出比赛理念的第一人；Pauline Varley，一名本科生，在MIT本科生研究机会计划的支持下，协助Sivaraman和Winstein管理并建立了计算基础设施，以支持大赛；以及四位比赛获胜者：João Batalha 13分、Ameesh Goyal 14分、Somak Das 14分及Joshua Ma 14分。

两项获奖的协议都是根据数据包到达时间之间的间隔的移动平均值在网络上扼制传输。对于许多候选方案，赢家讨论其不同仅在于以怎样的方式计算平均值——它们在不同的时间进行测量得出多少重量。

着手去做

这段时间在MIT校园内以项目为基础的教育活动如协议设计大赛等都格外引人注目，那是因为该研究所通过与哈佛大学联合开展的EDX在线教育计划提供了越来越多的课程。许多教育界人士认为，通过网上资源让学生在个人时间中观看演讲，并找到问题的答案，这种课堂经验将需要进化。可能性之一是，它将变成更加重点的项目。

“学生们肯定喜欢工作于一个前沿研究课题这个方面，”Sivaraman说，“教学上来说，它有助于使学生朝一个人们公布的现实目标工作。”

“我们正看到互联网越来越多的新用途，故而网络协议可能需要适应和发展，”Augustin Chaintreau，美国哥伦比亚大学计算机科学系的助理教授，并是该论文的审阅人之一，如是说到，“探索所有选择的方法之一是如那样举办比赛。”

Chaintreau说，MIT的实验也表明，作为协议的发展，比赛可以帮助确定他们的业绩目标。在协议的设计中，他说：“你必须为效率和兼容性权衡力量。并且我们要有一个付出多少与获益多少相权衡的理念，它对我们现在要做的事情至关重要。”

原文链接：http://newsoffice.mit.edu/2009/helicopters-1203

本文版权属于研发埠所有，如需转载请注明出处！