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Las hormigas y los protocolos de Internet

Una  investigación colaborativa entre una bióloga de la Universidad de Stanford, especializada en el estudio de las hormigas y un científico del área de computación ha puesto de manifiesto que el comportamiento de las hormigas cosechadoras, cuando buscan el alimento, se parece mucho a los protocolos que controlan el tráfico en Internet.

La sorprendente información se publica en el Stanford Engineering y consigna que el modelo ha sido bautizado como anternet (ants: hormigas).

A primera vista, las hormigas no parecen tener mucho en común con Internet. Sin embargo, dos investigadores de Stanford han descubierto que una especie de hormigas, las cosechadoras, para determinar cuánta fuerza de cosecha debe enviarse fuera del nido, utilizan un procedimiento que se parece mucho a la manera en que los protocolos de Internet determinan cuánto ancho de banda está disponible para la transferencia de datos.

Deborah Gordon , profesora de biología en la Universidad de Stanford, ha estado estudiando las hormigas desde hace más de 20 años. Cuando descubrió cómo las colonias de hormigas segadoras que había estado observando en Arizona, decidían cuándo enviar más hormigas para conseguir comida, llamó al campus a Balaji Prabhakar, un profesor de ciencias informáticas experto en el estudio de cómo los archivos se transfieren en una red de ordenadores.

De la observación del fenómeno, concluyó Prabhakar que el algoritmo que las hormigas utilizan para descubrir la cantidad de alimentos que hay disponible es esencialmente el mismo que el usado en el Protocolo de Control de Transmisión.

Hormigas cosechadoras. CC. foto: Steve Jurvetson
(MS ’89 Ingeniería Eléctrica, MBA ’95).

 

Como usted sabe, la información en Internet se mueve utilizando el criterio del camino más despejado y no el más corto. El encargado de controlar este flujo es el protocolo TCP.

Transmission Control Protocol, o protocolo TCP, es un algoritmo que controla la congestión de datos en Internet, y podría decirse que fue el que permitió expandir el uso eficiente de Internet y facilitar su crecimiento hasta la escala que le conocemos actualmente.  Funciona de este modo: Cuando una fuente A, transfiere un archivo a un destino B, el archivo se divide en paquetes numerados. Cuando B recibe cada paquete, envía un reconocimiento (llamado ack), a la fuente A, para avisar que el paquete llegó.

Este bucle de realimentación permite que TCP dirija el flujo de información evitando la congestión: Si el aviso de recepción (el retorno de los acks) llega más lento que la velocidad que tenían los datos cuando fueron enviados, eso indica que hay poca amplitud de banda disponible, y la fuente desacelera la transmisión de datos. Si los acks vuelven rápidamente, la fuente incrementa su velocidad de transmisión.

El descubrimiento indica que las hormigas cosechadoras (Pogonomyrmex barbatus) se comportan casi de la misma manera en la búsqueda de alimento. Gordon ha encontrado que la velocidad a la que las hormigas cosechadoras dejan el nido en busca de comida corresponde a la disponibilidad de alimentos.

Como individuos, las hormigas  cosechadoras se alimentan de semillas. Un recolector no volverán al nido hasta que encuentre la comida. Si las semillas son abundantes, los recolectores volverán más rápido y más hormigas saldrán del nido para alimentarse. Si, en cambio, las hormigas comienzan a regresar sin semillas, la búsqueda se hará más lenta, y tal vez llegue a ser cancelada.

Prabhakar escribió un algoritmo para predecir el comportamiento de las hormigas  en función de la cantidad de alimentos – es decir, el ancho de banda – disponible. Los experimentos de Gordon manipulan la tasa de la retorno de las cosechadoras. Trabajando con la estudiante de Stanford Katie Dektar, concluyeron que el algoritmo TCP-influido empareja casi exactamente el comportamiento de las hormigas encontrado en los experimentos de Gordon.

También observaron que las hormigas siguen otras dos fases de TCP. Una primera conocida como inicio lento, describe cómo una fuente envía una carga grande de paquetes al principio de una transmisión para calibrar la amplitud de banda; del mismo modo, cuando las hormigas cosechadoras comienzan a buscar, envían individuos a medir la disponibilidad de alimento antes de lanzar a toda la colonia.

Otra fase del protocolo, llamado tiempo de espera, se verifica cuando se rompe un enlace de transferencia de datos o se interrumpe, y la fuente detiene el envío de paquetes. Del mismo modo, cuando los recolectores no pueden regresar al nido durante más de 20 minutos, se interrumpe la salida de estos individuos del nido.

Prabhakar dijo saber que este descubrimiento fue hecho en la década de 1970, antes de que el protocolo TCP fuera escrito, de modo que la conducta de las hormigas cosechadoras bien podría haber influido en el diseño de la Internet.

Gordon cree que los científicos acaban de rozar la superficie del tema de cómo el comportamiento de colonias de hormigas podría ayudar en el diseño y mejoramiento de sistemas en red.

Hay 11.000 especies de hormigas que viven en todos los hábitats y hacen frente a cualquier tipo de problema ecológico, dijo Gordon.

Las hormigas han desarrollado formas de hacer las cosas que no hemos pensado, pero podrían aplicarse en los sistemas informáticos. Computacionalmente hablando, cada hormiga tiene una capacidad limitada, pero el colectivo puede realizar tareas complejas.

Así que los algoritmos de hormigas tienen que ser simples, distribuidos y escalables – las mismas cualidades que necesitamos en grandes sistemas distribuidos de ingeniería.

Creo que a medida que comience a entender más acerca de cómo las especies de hormigas regulan su comportamiento, encontraremos muchas aplicaciones más útiles para los algoritmos de red.

El documento, The Regulation of Ant Colony Foraging Activity without Spatial Information, aparece en la edición 23 de agosto de PLoS Computational Biology.

Curador: JAK

 

 

 


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Categoría: nA, Tecnologías

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Soy Diseñador de Comunicación, Estrategias Digitales y de Capacitación. Ayudo a las personas y a las organizaciones a instalarse en la Web 2.0, a integrar sistemas, herramientas, culturas, metodologías y lenguajes colaborativos. Podés encontrarme en Google+, en Facebook o en LinkedIn.

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