Пользователь в цикле - User-in-the-loop

Концепция пользователя в цикле для повышения производительности системы, периодически давая инструкции пользователю.

User-in-the-Loop ( UIL ) относится к понятию, что технология (например, сеть) может улучшить цель производительности, привлекая своих пользователей-людей ( уровень 8 ). Идея может быть применена в различных технологических областях. UIL предполагает, что люди-пользователи сети являются одними из самых умных, но также и самых непредсказуемых единиц этой сети. Кроме того, люди-пользователи часто имеют определенный набор (входных) значений, которые они ощущают (более или менее наблюдают, но также можно вообразить акустическую или тактильную обратную связь: представьте, что педаль газа в машине оказывает некоторое сопротивление, как для спидомат). И элементы разумного принятия решений, и наблюдаемые ценности могут помочь в достижении большей цели.

Входные значения предназначены для того, чтобы побудить / отговорить пользователей-людей вести себя определенным образом, улучшающим общую производительность системы. Один из примеров исторической реализации, связанной с UIL, появился в электрических сетях, где диаграмма цен представлена пользователям электроэнергии. На этом ценовом графике значения электроэнергии дифференцируются, например, на основе непиковых, средних и пиковых периодов. Но это управление без обратной связи. UIL фактически позволяет управлять замкнутым контуром, то есть иметь пользователя в контуре. Столкнувшись с неоднородной структурой ценообразования, пользователи-люди реагируют соответствующим изменением своего энергопотребления, что в конечном итоге приводит к общему улучшению доступа к электроэнергии (сокращению потребления в часы пик). Недавно UIL был также представлен для беспроводной связи (сотовые сети).

Беспроводные ресурсы, включая полосу пропускания (частоту), становятся все более дефицитным ресурсом, и хотя текущий спрос на беспроводную сеть в большинстве случаев ниже предложения (потенциальная пропускная способность беспроводных каналов на основе технологических ограничений), быстрое и экспоненциальное увеличение спроса сделает беспроводной доступ все более дорогим ресурсом в течение нескольких лет. Хотя обычные технологические реакции на эту перспективу, такие как инновационные новые поколения сотовых систем, более эффективное распределение ресурсов, когнитивное радио и машинное обучение, безусловно, необходимы, похоже, что они игнорируют главный ресурс в системе, а именно пользователей. Пользователи беспроводной связи могут быть побуждены к изменению своего «поведения в беспроводной сети» путем введения стимулов, например дифференцированного ценообразования. Кроме того, можно задействовать растущую заботу об окружающей среде и значительные, но невидимые экологические последствия использования беспроводной связи, чтобы убедить «более экологичных» пользователей изменить свое поведение в беспроводной сети, чтобы уменьшить свой углеродный след .

UIL, используемый в беспроводной связи, называется Smart Grid of Communications. Он направлен на то, чтобы избежать плохой адаптации канала связи или чрезмерного использования в час наибольшей нагрузки .

Обзор

Независимо от различных способов предоставления стимулов и штрафов результат пользовательского блока является либо пространственным, либо временным, либо вообще отсутствием реакции. Пространственный UIL означает, что пользователь меняет местоположение на лучшее (как это принято в сетях Wi-Fi). Временный UIL означает, что в текущее время требование избегается (для продолжения в другое время, для отказа или для передачи в проводную сеть дома). Стимул обычно представляет собой полностью динамический тариф. Это формирует пользовательский спрос во время перегрузки. UIL стремится стабилизировать спрос на трафик до устойчивого уровня ниже пропускной способности. В сотовых сетях это помогает постоянно поддерживать уровень трафика ниже допустимой.

Пространственный контроль UIL

Общий вид UIL показан на рисунке. В концепции UIL контроллер предоставляет необходимую информацию пользователю, поэтому ожидается, что пользователь добровольно изменит свое текущее местоположение с точки A на B. Текущее качество сигнала в точке A и / или спектральная эффективность там известны контроллер. Кроме того, среднее качество сигнала и / или спектральная эффективность известны для всех местоположений сети из базы данных предыдущих измерений. После этого сеть предоставляет необходимую информацию и предлагает пользователю более выгодные позиции. Перед перемещением пользователь знает свое преимущество полезности между точками B и A. Это преимущество полезности может быть финансовым (скидка на голосовые вызовы) и / или повышенной скоростью передачи данных (трафик данных с максимальным усилием). Сеть предоставляет информацию, куда (в каком направлении и в какое место) двигаться. Прежде чем принять решение, пользователь должен иметь всю необходимую информацию (ставка дисконтирования, увеличенная скорость передачи данных, как далеко до следующего улучшенного шага). В конце концов, определенная часть пользователей участвует в перемещении, а остальные остаются на месте, включая всех пользователей, которые не могут двигаться, не хотят перемещаться или не имеют достаточного стимула для перемещения. Пользовательский блок на рисунке выводит новое местоположение B, если пользователь решает переместиться. Эта вероятность зависит от расстояния и полезности данного стимула. Целевая спектральная эффективность - это минимальная спектральная эффективность, которую пользователь должен достичь после движения (целевое значение должно быть больше текущего).

Временное управление UIL

Рост спроса на сотовые сети вызван единой ценовой политикой. Это способствует распределению трафика с тяжелыми хвостами и ведет к неограниченному росту спроса. В настоящее время ценовая политика начинает меняться из-за безграничного роста спроса. В конце концов, некоторые операторы начали взимать фиксированную ставку с ограничением, но это временное решение. В литературе предлагается более продуманное решение - ценообразование на основе использования, но само по себе оно не решает проблему перегрузки в часы пик. На шаг впереди UIL предлагается полностью динамическое ценообразование на основе использования. Эта динамическая цена отображается на пользовательском терминале (UT), чтобы пользователь мог решить, использовать или не использовать услугу. Основная идея очень ясна: пользователь будет генерировать меньше трафика при повышении цены сеанса. В результате метод ценообразования изменит поведение пользователей и трафик, как в тарифах на электроэнергию и в приложениях для интеллектуальных сетей, и даже лучше, чем там, из-за немедленной обратной связи и задержки в несколько секунд, что обеспечивает лучший отклик и обучение. .

Преимущества

Приложения « Пользователь в контуре» возможны во всех областях, где потребляются ограниченные ресурсы и где необходимо избегать негативного воздействия на общество или окружающую среду, например чрезмерного потребления энергии и ископаемого топлива.

Причины использования UIL разнообразны. В беспроводной связи растет проблема увеличения скорости передачи данных в следующие 10 лет. Смартфоны и электронные ключи для ноутбуков будут продолжать увеличивать трафик на 100% в год - тенденция, наблюдаемая уже в последние 5 лет. Традиционный подход к увеличению пропускной способности для передачи всего трафика станет сложнее, поскольку 4G, 5G и выше никогда не смогут угнаться за спросом с такой скоростью роста. Энергопотребление и экологичность также становятся все более важными в будущем. Какое бы увеличение пропускной способности ни обеспечила технология, вскоре будет съедено еще более быстрым ростом трафика. Новые подходы требуют еще больших затрат и энергии, например, на пико- и фемтосоты. УИЛ подход ортогонален и не требует больше капитальных затрат и мощности . UIL может значительно повысить спектральную эффективность.

Поощрения

Интерфейс между контроллером UIL и ящиком пользователя состоит из информации и стимулов. Информация - это просто знание того, что изменение вывода пользователя будет полезно (для системы, сообщества, общества). Однако в большинстве случаев может потребоваться дополнительный стимул, чтобы заставить пользователя действительно изменить свое поведение по умолчанию, потому что альтруизм не является достаточно далеко идущим, и люди склонны предпочитать эгоистичные стратегии в свободных обществах (см. Теорию игр ). Эта дилемма называется трагедией общества . Таким образом, рационально предположить, что модель homo economicus основана на максимизации полезности в первом порядке, а гомо-реципрокная модель - только для эффектов второго порядка.

Стимулы могут быть финансовыми аспектами (более низкая ставка за использование) или другими выгодными бонусами, которые могут быть конвертированы в деньги или нет. Примером могут служить мили программы для часто летающих пассажиров на каждое перемещение пользователя в пространстве. Еще одно преимущество беспроводной сети - это предоставление пользователю более высокой скорости передачи данных , но только для соответствующего пользователя. Отрицательные стимулы также возможны в форме штрафов, но психология предполагает, что положительные стимулы работают лучше. Если использование системы не соответствует общей цели в текущее время или в текущем месте (час пик, ситуация перегрузки, адаптация плохого канала ), может быть применен штраф , чтобы помешать пользователю использовать систему в этих обстоятельствах. Вместо этого, в лучшем месте или в более удобное время суток использование можно было бы использовать без штрафных санкций.

Примеры приложений

Мотивация пользователей к выполнению своих действий в другом месте (например, в отношении мест с более высокой спектральной эффективностью в беспроводной сотовой сети)
Убедить пользователей выполнять определенное действие не в это время (в часы пик), а в лучшее время.
Ответ на спрос в интеллектуальной сети
Управление поведением пользователей для достижения положительной цели
емкость / спрос, также известная как балансировка нагрузки
коммунальные услуги: электричество, газ, вода
киберфизические системы при экстренной эвакуации объектов инфраструктуры
проектирование безопасных систем
использование ископаемого топлива для транспорта, отопления, промышленности
быстрое динамическое ценообразование любого вида
пример мобильного дисплея здесь
Пользовательский интерфейс с помощью монитора расхода топлива, как показано в расходе топлива в автомобилях

Зеленый аспект

В общем, UIL позволяет контролировать цель, которая более экологична, чем если бы пользователь действовал неконтролируемо. Этой целью может быть потребление энергии, потребление ископаемого топлива, потребление пищи или даже более мягкие цели, такие как социальное поведение. Это как если бы правила (выплаты) в теории игр можно было изменить, чтобы результат казался более согласованным.

Зеленый аспект беспроводной сети выглядит следующим образом. Энергия, потребляемая беспроводной инфраструктурой, такой как базовые станции, коммутационные центры, в настоящее время уже составляет 0,5% от мирового потребления электроэнергии и, следовательно, выбросов углерода. Объединение современных данных приводит к тому, что углеродный след составляет 34 г CO ₂ (или 17 дм ³ ) на 1 МБ передаваемых данных. Мы можем назвать это текущим зеленым индексом беспроводной сотовой связи. Один бит соответствует 5,8 × 10 ¹⁶ молекул CO ₂ - это удельное излучение бита. Беспроводные сотовые сети потребляют 0,5% от общего объема электроэнергии в мире, что составляет примерно 20 ПВтч в 2010 году. Среднемесячный трафик сотовой беспроводной связи составляет 240 × 10 ¹⁵ байт, что в целом составляет 2880 ПБ в 2010 году. Тогда энергия на байт может быть найдена как 0,0347 × 10 ⁻⁶ кВтч, что равно 0,125 Дж. Если электричество получают из угля, то на 1 кВтч энергии образуется 975 г CO ₂ . Тогда для одного байта беспроводных данных возникает 0,0338325 мг CO ₂ , что примерно равно 34 г CO ₂ на 1 МБ.

Languages

In other projects