Complexité et théorie de l'information bidirectionelle: Limites fondamentales du compromis complexité-feedback-performance, et une nouvelle catégorie de réseaux d'information favorables à l'environnement – ECOLOGICAL-BITS-AND-FLOPS

La communication sans fil est utilisée massivement aujourd’hui et son impact sur la société est énorme. Cet usage a donné naissance à un nouveau problème environnemental sous la forme d'une empreinte carbone qui est équivalent à celui de l'aviation mondiale, et qui va tripler d'ici 2020. Ce défi a poussé les chercheurs à trouver des nouvelles technologies de communication respectueux de l'environnement, de haute performance et économes en énergie. Cependant, ces efforts ont dû faire face à deux grands challenges insurmontables: le premier étant la complexité de calculs des algorithmes qui requiert des ressources informatiques extrêmes, et le deuxième étant les nouveau mécanismes de « feedback » qui doivent diffuser des quantités massives d'informations sur les états fluctuants de chaque lien dans le réseau.
Ces problèmes fondamentaux guident notre vision théorique pour bien comprendre les interdépendances cruciales entre la complexité de calcul, le « feedback » et les performances des communications sans fil. Ils conduisent aussi notre vision technologique de développer une nouvelle classe de dispositifs mobiles par l'utilisateur qui utilisent leurs capacités de calcul nouvellement acquises, de sorte que le réseau sous-traite des tâches de calcul et l’action de « feedback » à ces dispositifs. Trouver les interdépendances cruciales, et inexplorées entre complexité, feedback, et performance, offrira des principes pour la fusion de deux écoles très oppose ; le traitement cloud (centralisée) et décentralisée. Cette compréhension va donner des solutions hybrides qui traversent mieux le triangle complexité-feedback-performances.
Nous allons prendre une nouvelle approche, qui entraîne notre vision. Un de notre nouveau résultat a révélé un fait surprenant : que pour un système simple point à point - un seul bit de feedback du récepteur à l'émetteur (correctement placé dans le temps et de bien représenter le nombre flop), était capable non seulement d’augmenter la fiabilité, mais aussi de réduire massivement les calculs nécessaires (flops) pour exécuter les algorithmes de l’émission et la réception. Cette réduction en complexité de exponentiel a sous-exponentiel, dans le nombre total de bits de mot de code, était une découverte surprenante, et il a permis de démontrer la nouvelle découverte sur la façon dont le « feedback » peut réduire le charge de calcul, sans un effet négative sur la performance.
La recherche proposée étendra cette idée d'insérer artificiellement un certain nombre de bits (pour réduire le charge de calcul) dans les réseaux avec plus d'une paire de nœuds, avec des topologies et utilisateurs différents qui aident dans les calculs du réseau. Comment cette « feedback » (en temps, lieu, contenu du message) devrait être utilisée pour des canaux d'interférence (« interference channels ») avec des topologies intéressantes, ou même pour des canaux avec des antennes massive (« massive MIMO »)? Que peut-on faire si nous ajoutons plus de bits pour « feedback », ou si le « feedback » est abstraite entre les émetteurs et les récepteurs ? Quelle serait la meilleure façon de distribuer les bits de « feedback » entre les utilisateurs afin de réduire le coût de calcul tout en améliorant la performance?
Naturellement, ces idées clés - tout comme la complexité des calculs, « feedback » et de la performance - sont étroitement liés et seront étudiées ensemble. Nous allons essayer de trouver le plus d'impact de ces interdépendances, qui nous guidera vers nos algorithmes envisagées qui nous indiquent comment, où et quand insérer artificiellement les bits bidirectionnels de « feedback » pour réduire le charge de calcul et où et combien ajouter les flops dans les réseaux pour augmenter la capacité de calcul en réduisant la nécessite de « feedback » en fonction de la topologie du réseau et de la performance souhaitée.