Only Perception: 蜜蜂的策略能幫助 server 跑的更愉快

2007-11-18

蜜蜂的策略能幫助 server 跑的更愉快

Bee strategy helps servers run more sweetly
http://www.physorg.com/news114437696.html

November 16, 2007

蜜蜂利用某種高效率的方式，以有限資源採集許多花蜜，而且沒有中央指揮 -- 畢竟女王蜂正忙著下蛋，以致於無暇理會那些世俗之務，例如在任何早晨中那兒可以發現最好的花蜜。根據喬治亞理工學院的新研究，這些令人驚訝的、有組織的蜜蜂蜂群智慧，也能夠用來改善網際網路伺服器（server）所面臨的相似挑戰。

一種因蜂舞而獲得啟發的通訊系統，由喬治亞理工所開發，能協助那些平時專注在單一任務上的 Internet servers，需要時能在不同任務間移動，減少網站被「蜂擁而至」的請求（requests）所淹沒，將潛在使用者與客戶擋在門外的機會。在與銀行運作 server 通常所使用的方式相較之後，蜜蜂的方法，在基於真實網際網路流量的測試上，一般能改善服務達 4% - 25%。這項研究發表在 Bioinspiration and Biomimetics 期刊上。

在研究蜜蜂的效率之後，Craig Tovey,，喬治亞理工 H. Milton Stewart 工業與系統工程學系的教授，經過與 Sunil Nakrani（來自牛津大學的電腦科學參訪同事）的對話後領悟到，蜜蜂與 servers 很顯然都有相似的效率障礙。

"我研究蜜蜂多年了，正等待合適的應用，" Tovey 說。"當你與仿生學（biomimetics，研究生物學原理如何能應用在設計與工程上）一起研究後，你得要在二系統之間尋找密切相似之處 -- 而不只是表面上的東西。而這毫無疑問地正合所需（fit the bill）。"

Tovey 與 Nakrani 討論蜜蜂與 servers 愈多時，他們就愈確定蜜蜂在不可預料的以及不斷變化的環境中，分配有限資源的某種策略，能應用在 Internet servers 上。

在任何時間下，蜜蜂只有有限數量的工作者能飛到花朵那採蜜，回到蜂巢然後一直重複，直到蜜源耗盡。有時候，那裡有很充足的蜂蜜能夠採集；有時候，花蜜匱乏。蜜蜂的環境一直都不斷地在改變 -- 有時候花卉間或出產比其他還要好的花蜜、季節轉換與下雨天讓花蜜採集更加困難。所以這些蜜蜂該如何讓蜂巢保持一個穩定的花蜜收入。"

Internet servers，那提供足以運行網站的運算能力，通常有一組 servers 專心致力在某種網站或客戶。當使用者存取網站時，servers 提供運算能力，直到所有要存取與使用該網站的請求都已爆滿為止。有時候，會有很多請求存取一個網站（例如，一家服裝公司的零售網站，在熱門體育事件期間，猛打特別有效的電視廣告），有時則很少。替網站預測需求，包括是否有位使用者將存取影像片段、開始購買，在無常的網際網路地景中，是件極端困難的事，而 servers 經常過載，接著在隨機狀況下變成完全失效。

蜜蜂藉由一種 "舞蹈" 所驅使的無縫系統，來對付牠們的資源分配問題（換言之，數量有限的蜜蜂，以及在其時間與所欲地點上，不可預料的需求）。下面是該系統如何運作：斥候蜜蜂離開蜂巢以便尋找花蜜。一旦牠們發現一個有希望的地點，牠們回到蜂巢的「舞池」上跳舞。這種舞蹈的方向告知等候中的蜜蜂掠奪者（forager）該往那飛，搖擺的次數代表到達花朵的距離，而（時間）長度則代表花蜜的甜美。

蜜蜂掠奪者則在斥候蜜蜂後面跳舞，直到牠們學會正確的步驟（以及關於這些花蜜的細節），形成某種勉強稱得上一列來回快速擺動的康加舞（conga）。牠們接著往外飛去採那些已在舞蹈中詳述的花蜜。只要那裡仍可發現花蜜，蜜蜂就會回來繼續跳舞。其他蜜蜂掠奪者繼續飛往蜜源，直到舞蹈逐漸消失，或是有新的蜜蜂回來，跳支更有魅力的舞蹈（嘿，那裡的花蜜更棒！）。

雖然所有的舞蹈聽起來不像是個有效率的模型，不過它實際上對蜜蜂所居住的、不可預期的花蜜世界最為理想，Tovey 說。該系統基於「直到現在」的狀況，允許蜜蜂無縫地從一個蜜源轉移到另一個更有希望的蜜源。

這些全都沒有一個明確的領導者或中央指揮，來減緩決策過程。

"但蜜蜂並不是在完成某種計算或是策略，牠們本身「就是」計算，" Tovey 說。

另一方面，Internet servers，在理論上是針對「一般」狀況做最佳化，不過那經常受到人類的善變天性所挑戰。藉由指派某些 servers 到某一個網站，網際網路主機會建立一個系統，那能夠在一般條件下運作良好，也能在需求吃緊的糟糕狀態下運作正常。當某一站的需求竄升，那些被指派的 servers 達到飽和時，許多 servers 就會無所事事的入座，開始轉移潛在的使用者到一個延長的行列上，那會測試他們的耐心，然後將潛在的客戶轉過去。

Tovey 與 Nakrani 開始研究將蜜蜂的策略轉變給那些閒置的 Internet servers。他們替一個 servers 的網路開發一個虛擬的「舞池」。當其中一台 server 接收到某位使用者要求某一網站時，一則內部廣告會放置在這個舞池上（進行不怎麼生動的舞蹈），吸引任何可供利用的 servers。這則廣告的持續時間端看網站上的需求，以及其使用者會產生多少收益。舞池上的廣告停留愈久，就會有更多強大的 servers 依據廣告支援這個網站的需求。

※ 相關報導：

＊ From honeybees to Internet servers: biomimicry for distributed management of Internet hosting centers
http://www.iop.org/EJ/abstract/1748-3190/2/4/S07