帧异步编码时隙ALOHA的渐近和有限帧长分析

瀑布区不规则重复开槽ALOHA的有限长分析

Finite Length Analysis of Irregular Repetition Slotted ALOHA in the Waterfall Region

针对不规则重复时隙ALOHA（IRSA）引入了有限长度分析，其使得能够准确地估计其在中等到高分组丢失概率状态中的性能，即，在所谓的瀑布区。该分析是针对冲突信道模型，这使得映射到低密度奇偶校验码的迭代擦除解码的连续干扰消除过程的描述。分析提供了准确的估计的数据包丢失概率IRSA的瀑布区域所示的蒙特卡洛模拟。

Irregular Repetition Slotted ALOHA in an Information-Theoretic Setting

An information-theoretic approach to irregular repetition slotted ALOHA (IRSA) is proposed. In contrast with previous works, in which IRSA analysis is conducted only based on quantities that are typical of collision models such as the traffic, the new approach also captures more fundamental quantities. Specifically, a suitable codebook construction for the adder channel model is adopted to establish a link with successive interference cancellation over the multi-packet reception channel. This perspective allows proving achievability and converse results for the average sum rate of IRSA multipl…

使用球形解码的网络编码时隙ALOHA的降低复杂度检测

Reduced Complexity Detection for Network-Coded Slotted ALOHA using Sphere Decoding

网络编码时隙ALOHA（NCSA）是对经典时隙ALOHA协议的改进，其通过使用物理层网络编码（PNC）在每个ALOHA时隙实现多个源传输来提高吞吐量。接收机在每个时隙期间检测比特的网络编码组合，并通过求解线性方程组来恢复信息比特。这项工作开发了一种接收器，能够检测网络编码的位组合在考虑任意数量的源，正交调制，和块衰落信道的时隙。随着信源数目的增加，在接收机处的网络编码符号的最大似然检测变得复杂。为了降低这种复杂性，在接收机处应用球形解码以限制接收机必须考虑用于检测的星座符号的数量。该系统是模拟两个调制阶数和两个通过五个源，并提供误码性能的结果。

带捕获的时隙Aloha的最大和速率

Maximum Sum Rate of Slotted Aloha with Capture

随机接入网络的总速率性能主要取决于接入协议和接收机结构。尽管广泛的研究，如何表征最简单的版本的随机访问，阿罗哈的最大和率，仍然是一个悬而未决的问题。本文对时隙Aloha网络的和速率性能进行了全面的研究。通过将[20]，[21]中提出的统一分析框架从经典的冲突模型扩展到捕获模型，导出了饱和条件下的网络稳态点作为信号与干扰加噪声比（SINR）阈值的函数，该阈值决定了信息编码速率和网络吞吐量之间的基本权衡。为了使总速率最大化，应当适当地选择节点的SINR阈值和退避参数。得到了最大和速率和最佳设置的显式表达式，表明与多址信道的和容量类似，时隙Aloha的最大和速率也随着平均接收信噪比（SNR）呈对数增加，但高SNR斜率仅为$e^{-1}$。进一步讨论了退避和功率控制对时隙Aloha网络和速率性能的影响，对实际网络设计具有重要的指导意义。

随机时隙ALOHA策略的有限长性能

Finite Length Performance of Random Slotted ALOHA Strategies

如果共享公共无线资源的多个连接设备同时访问信道，则它们可能会产生干扰。介质访问控制（MAC）协议通常调节设备对共享信道的访问以限制信号干扰。特别地，当采用干扰消除方法从冲突中恢复时，不规则重复时隙ALOHA（IRSA）技术可以实现高吞吐量性能。在这项工作中，我们研究了有限长度的性能IRSA方案的连续干扰消除和迭代置信传播之间的类比擦除信道。我们使用一种新的组合推导的基础上矩阵占用理论计算的错误概率，我们验证了我们的方法与仿真结果。

物理安全稳定的时隙ALOHA系统

On Physically Secure and Stable Slotted ALOHA System

在本文中，我们认为标准的离散时间时隙ALOHA有限数量的终端与无限大的缓冲区。在我们的研究中，我们共同考虑这个系统的稳定性与物理层的安全性。我们进行我们的研究，在主导系统中，每个终端总是有一个数据包在其缓冲区不同于在原始系统中的主导系统和原始系统。当N = 2时，我们得到了主导系统和原系统的二次稳定域。此外，我们得到的传输概率，优化系统的吞吐量。最后，本文提出了一种新的方法来获得联合稳定和保密区域。

带逐次干扰消除的时隙扩频Aloha系统的分散功率控制

Decentralized Power Control for Slotted Spread Spectrum Aloha with Successive Interference Cancellation

在本文中，我们研究了时隙扩频Aloha与连续干扰消除在接收端在高斯信道。我们考虑一个分散的功率控制设置，其中每个用户独立地选择其发送功率随机根据连续支持的功率分布。在这种情况下，我们推导出一个用户所经历的预期干扰功率的解析表达式。这使得我们能够解析地导出功率分布，在连续干扰消除过程期间，该功率分布导致所有用户的恒定的信号与噪声加干扰比。我们考虑完美和不完美的干扰消除。

竞争解决分集时隙ALOHA的稳定性

On the Stability of Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA

本文研究了一种基于时分多址（TDMA）的随机接入（RA）信道，该信道具有连续干扰消除（SIC）和有限的用户数和基于竞争解决分集时隙ALOHA（CRDSA）的可靠重传机制。基于马尔可夫链的一般数学模型，推导出它可以预测的稳定区域的SIC-RA信道，预期的延迟平衡和选择的参数为一个稳定的信道配置。此外，该模型能够估计达到不稳定之前的平均时间。所提出的模型进行了验证，对模拟和数值结果的CRDSA与传统的开槽ALOHA（SA）的稳定性的比较。结果表明，CRDSA不仅在吞吐量方面有很高的增益，而且在其稳定性。

Coded Slotted ALOHA：一种基于图的非协调多址接入方法

Coded Slotted ALOHA: A Graph-Based Method for Uncoordinated Multiple Access

本文提出了一种基于分组纠删码和连续干扰消除相结合的随机接入方案。该方案被命名为编码时隙ALOHA。SIC过程的二分图表示，类似于在擦除信道上的广义低密度奇偶校验码的迭代解码，利用密度演化分析来优化组件擦除纠错码的选择概率。然后在没有反馈的冲突信道的上下文中分析该方案的容量（以每个时隙的分组为单位）。此外，开发的能力界和组件的代码分布紧密接近的界限。

带指数回退的Slotted Aloha系统的稳定性和不稳定性条件

Stability and Instability Conditions for Slotted Aloha with Exponential Backoff

本文在指数退避（EB）模型和几何律$i\mapsto b^{-i-i_0}$下，给出了时隙Aloha在传输缓冲区饱和时的稳定性和不稳定性条件，即，总是满满的。特别是，我们证明，对于任何数量的用户和$b>1$的系统是：（一）遍历的$i_0 >1$，（二）空经常为$0<i_0\le 1$，和（三）瞬态$i_0=0$。此外，当涉及到一个系统的队列和泊松到达时，系统被证明是稳定的，只要EB饱和是稳定的吞吐量$λ_0$和系统的输入速率是上界为$λ<λ_0$。

编码时隙ALOHA中的不等差错保护

Unequal Error Protection in Coded Slotted ALOHA

我们分析了编码时隙ALOHA系统的性能的情况下，用户有不同的错误保护要求，相应地可以分为用户类。主要目标是设计系统，以便满足每个类的要求。为此，我们推导出分析误差地板近似的丢包率为每一类在有限帧长度制度，以及在渐近的情况下的密度演化。基于这种分析，我们提出了一种启发式的方法来优化度分布，以提供所需的不等错误保护。此外，我们分析了不同类别的用户的解码延迟，并表明，更好的保护用户体验较小的平均解码延迟。

时隙擦除信道上的极性时隙ALOHA

Polar-Slotted ALOHA over Slot Erasure Channels

在本文中，我们设计了一个新的极化时隙ALOHA（PSA）协议在时隙擦除信道，它使用极化编码构造相同的时隙模式（SP）组装内的每个活跃用户和基站。为PSA提供了一个理论分析框架。首先，通过对重叠分组在时隙间隔内发生冲突时进行面向分组的操作，引入了基于分组的极化变换，并证明了该变换与分组长度无关。其次，以分组极化为指导，设计了可变时隙擦除概率（SEP）的SP分配（SPA）方法和固定SEP值的SPA方法。然后，面向分组的连续消除（pSC）和pSC列表（pSCL）解码算法的开发。同时，有限时隙的吞吐量界和渐进吞吐量的pSC算法进行了分析。仿真结果表明，与传统的重复时隙ALOHA方案相比，所提出的PSA方案在采用pSC/SCL译码算法的情况下，可以获得更高的吞吐量。

大规模随机接入中的用户活动检测：压缩感知与编码时隙ALOHA

User Activity Detection in Massive Random Access: Compressed Sensing vs. Coded Slotted ALOHA

移动蜂窝系统中的机器类型通信服务目前正在发展，目的是有效地解决对系统的大规模用户访问。在这方面的关键问题之一是有效地识别活动用户，以便为他们分配资源，用于后续的传输。在本文中，我们研究了两个最近提出的方法，用于用户活动检测：压缩感知（CS）和编码时隙ALOHA（CSA），并提供他们的性能与资源利用率方面的比较。我们的初步结果表明，基于CS的方法是能够提供目标用户活动检测性能与较少的整体系统资源利用率。然而，与基于CSA的方法相比，这是以每用户较低的能量效率为代价的。

全对全广播编码时隙ALOHA中的概率握手

Probabilistic Handshake in All-to-all Broadcast Coded Slotted ALOHA

我们提出了一个概率握手机制的所有到所有的广播编码时隙ALOHA。我们考虑一个完全连接的网络，其中每个用户在半双工模式下同时充当发送器和接收器。用户尝试彼此交换消息并建立一对一的握手，在这个意义上，每个用户决定其数据包是否被其他用户成功接收：在执行解码后，每个用户估计解析的用户在哪些时隙中发送了他们的数据包，并在此基础上决定这些用户是否成功接收了其数据包。仿真结果表明，所提出的握手算法允许用户可靠地执行握手。本文还提供了一些分析界的性能所提出的算法是很好的协议与仿真结果。

符号计算解析时隙ALOHA的伪贝叶斯方法

A Pseudo-Bayesian Approach to Sign-Compute-Resolve Slotted ALOHA

基于时隙ALOHA的接入预留通常用于无线蜂窝接入。在本文中，我们研究其增强的基础上使用的物理层网络编码和签名编码，其主要特点是能够同时解决多达K个用户竞争接入，其中K >= 1。我们优化的时隙访问概率，使预期的吞吐量最大化。特别地，时隙接入概率根据系统中的用户数量的估计来选择，该估计是依靠Rivest的伪贝叶斯方法获得的，我们将其概括为K > 1的情况。假设这个估计反映了实际的用户数，我们表明，我们的方法达到吞吐量1的限制大K。

面向能量采集的非规则重复时隙ALOHA协议设计以保持信息新鲜度

Protocol Design for Irregular Repetition Slotted ALOHA With Energy Harvesting to Maintain Information Freshness

本文针对能量采集物联网中IRSA协议因能量短缺导致传输失败的问题，提出接收器侧失败识别方法并优化度分布，使信息新鲜度接近无限能量系统。

基于图上编码的高吞吐量随机接入：编码时隙ALOHA

High Throughput Random Access via Codes on Graphs: Coded Slotted ALOHA

在本文中，编码时隙ALOHA（CSA）被引入作为一个强大的随机接入方案的MAC帧。在CSA中，一般用户希望在MAC帧中发送的突发首先被分成段，然后在发送之前通过本地面向分组的代码对这些段进行编码。在接收机侧，执行与本地码的解码相结合的迭代干扰消除以从冲突中恢复。新方案推广了以前提出的不规则重复时隙ALOHA（IRSA）技术，基于一个简单的重复用户的突发。的CSA干扰消除过程的解释作为一个迭代擦除解码过程中的稀疏二分图被确定，并推导出相应的密度演化方程。基于这些方程，渐近最优CSA计划的几个速率和有限数量的用户通过模拟和IRSA的竞争对手相比，他们的性能进行了研究。最高可达0.8。新方案在需要功率效率的情况下被证明是一个很好的候选方案。

移位编码开槽ALOHA

Shifted Coded Slotted ALOHA

随机接入方案是用户通过共享信道进行传输并且不能彼此协调的基本场景。近年来，连续干扰消除（SIC）被引入到随机接入方案中。可以通过SIC使用冲突的分组来解码所发送的分组。编码时隙ALOHA（CSA）是使用SIC的随机接入方案。CSA在传输之前使用本地代码对每个分组进行编码。众所周知，CSA实现了出色的吞吐量。另一方面，据报道，在编码理论中，时移提高了面向分组的纠删码的解码性能。在本文中，我们提出了一种随机接入方案，它适用于时间移位的CSA，以实现更好的吞吐量。数值例子表明，我们提出的随机接入方案实现了更好的吞吐量和丢包率比CSA。

IEEE 802.16中时隙ALOHA协作模型的信道共享

Sharing Channel In IEEE 802.16 Using The Cooperative Model Of Slotted ALOHA

WIMAX的主要问题之一是多个竞争访问的用户共享介质。各种随机接入机制，如ALOHA及其相应的变化已经被广泛研究，作为协调竞争用户之间的媒体接入的有效方法。在本文中，时隙ALOHA协议实现为一个两状态系统。使用马尔可夫模型，我们评估的信道利用率，我们分析了吞吐量在不同的公平性条件下。考虑了合作团队问题。

Information Freshness Analysis of Slotted ALOHA in Gilbert-Elliot Channels

This letter analyzes a class of information freshness metrics for large IoT systems in which terminals employ slotted ALOHA to access a common channel. Considering a Gilbert- Elliot channel model, information freshness is evaluated through a penalty function that follows a power law of the time elapsed since the last received update, in contrast with the linear growth of age of information. By means of a signal flow graph analysis of Markov processes, we provide exact closed form expressions for the average penalty and for the peak penalty violation probability.

基于编码时隙ALOHA的车联网全对全广播

All-to-all Broadcast for Vehicular Networks Based on Coded Slotted ALOHA

提出了一种基于编码时隙ALOHA（CSA）的车载网络周期性消息的非协调全对全广播协议。与经典CSA不同，每个用户在半双工模式下既充当发射机又充当接收机。在CSA中，每个用户将其数据包传输多次。半双工模式产生了一个有趣的设计权衡：用户重复其数据包的次数越多，该数据包被其他用户解码的概率就越高，但该用户解码来自其他用户的数据包的概率就越低。我们比较所提出的协议与载波侦听多路访问与碰撞避免，目前采用的多路访问协议的车辆网络。结果表明，所提出的协议大大增加了网络中的用户，可靠地相互通信的数量。我们还提供了分析工具来预测所提出的协议的性能。

滑动窗口竞争分辨分集时隙Aloha中的平均功率限制

Average power limitations in Sliding Window Contention Resolution Diversity Slotted Aloha

最近，一种新的随机接入技术的基础上Aloha和使用干扰消除（IC），称为滑动窗口竞争解决分集时隙Aloha（SW-CRDSA）。与在帧中操作分组时隙的经典CRDSA不同，该技术以非帧方式操作，相对于基于帧的CRDSA，产生更好的吞吐量结果和更小的平均分组延迟。然而，作为经典的CRDSA，SW-CRDSA也依赖于相同分组的多次传输。虽然这在唯一限制在于峰值发射功率的系统中是可接受的，但是当存在对平均功率的约束（例如，在卫星系统的转发器处）时，这可能代表问题。在本文中，在归一化效率进行了比较之间的时隙Aloha和两个CRDSA技术。

网络编码时隙ALOHA的编码

Coding for Network-Coded Slotted ALOHA

时隙ALOHA可以通过解码在时隙中同时发送的分组的一个或多个线性组合，形成线性方程组，来受益于物理层网络编码（PNC）。在不同的时隙中恢复不同的线性方程组。然后，消息解码器通过联合求解在不同时隙上获得的多个线性方程组来恢复所有用户的原始分组。提出了一种结合置信传播和局部高斯消去的批量BP解码算法。与纯高斯消去译码相比，该算法将译码复杂度从用户数的三次函数降低到线性函数。与普通的低密度生成矩阵码BP译码算法相比，该算法具有更好的译码性能和相同数量级的计算复杂性。通过对树型译码算法的推广，分析了批量BP译码算法的性能，并提出了一种优化系统性能的方法。

基于滑动窗口的竞争解决分集时隙ALOHA

Sliding window-based Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA

竞争解决分集时隙ALOHA（CRDSA）及其突发度优化（CRDSA++、IRSA）利用MAC突发重复和干扰消除（IC），使得在实际实现中可能达到与$T \simeq 0.8$一样高的吞吐量值，而对于传统的时隙ALOHA $T \simeq 0.37$。然而，这些新技术引入了基于帧的信道接入，限制了吞吐量和数据包传输延迟方面的性能。本文介绍了一种新的技术称为滑动窗口CRDSA（SW-CRDSA）和它的对应的不规则重复（SW-IRSA），以利用MAC突发重复和干扰消除（IC）的优点与无帧接入方案。数值结果也提供了为了验证声明的更好的性能。

Slotted-Aloha的渐近稳定区域

Asymptotic stability region of slotted-Aloha

我们分析了标准，缓冲，开槽Aloha系统的稳定性。具体来说，我们考虑一组$N$用户，每个用户都配备了一个无限的缓冲区。数据包根据强度$λ_i$的平稳遍历马尔可夫过程到达用户$i$的缓冲区。在每个时隙的开始，如果用户$i$在其缓冲器中具有分组，则它尝试在共享资源/信道上以固定概率$p_i$发送分组。只有当没有其他用户尝试使用该信道时，传输才成功。自1979年Tsybakov和Mikhailov首次分析以来，此类系统的稳定性一直是开放的。在本文中，我们提出了一个近似的稳定性条件，这是可证明的准确的用户数$N$增长大。我们提供了理论证据和数值实验来解释为什么所提出的近似稳定性条件是非常准确的，即使是有限数量的用户（甚至两个或三个）的系统。最后，我们将结果扩展到更有效的CSMA系统的情况下。

使用定向扩频码的协作时隙ALOHA大规模M2M随机接入

Cooperative Slotted ALOHA for Massive M2M Random Access Using Directional Antennas

时隙ALOHA（SA）算法与连续干扰消除（SIC）解码最近受到了极大的关注，由于他们的能力，显着增加传统的SA的吞吐量。由于引入小小区而导致的蜂窝无线电接入网络的密度增加以及机器对机器（M2M）通信中用户密度的急剧增加，最近考虑了在多基站（BS）场景中具有SIC协作操作的SA算法。在本文中，我们概括了我们以前的工作时隙ALOHA与多BS（SA-MBS）考虑用户使用定向天线。特别是，我们专注于一个简单的随机波束形成策略，对于每个数据包传输，用户定向其主波束在一个随机选择的方向。我们感兴趣的两个解码场景的总可实现的系统吞吐量：i）非合作的情况下，传统的SA在每个BS独立地操作，和ii）合作SA-MBS，其中集中式的基于SIC的解码应用于所有接收到的用户信号。对于这两种情况下，我们提供了系统吞吐量的上限，并将它们与模拟结果进行比较。最后，我们讨论了系统性能作为一个简单的定向天线模型参数的函数在本文中应用。

A Decentralized Policy for Minimization of Age of Incorrect Information in Slotted ALOHA Systems

The Age of Incorrect Information (AoII) is a metric that can combine the freshness of the information available to a gateway in an Internet of Things (IoT) network with the accuracy of that information. As such, minimizing the AoII can allow the operators of IoT systems to have a more precise and up-to-date picture of the environment in which the sensors are deployed. However, most IoT systems do not allow for centralized scheduling or explicit coordination, as sensors need to be extremely simple and consume as little power as possible. Finding a decentralized policy to minimize the AoII can b…

Two-Tier Multi-Rate Slotted ALOHA for OWC/RF-Based IoT Networks

We consider a massive Internet of Things (IoT) scenario where indoor IoT devices access the network via optical wireless communication (OWC) IoT systems that relay data via a backhaul radio frequency (RF) low-power wide-area network (LP WAN). We propose a novel two-tier multi-rate Slotted ALOHA (SA) system model to design and analyse such hybrid OWC/RF networks. For a particular hybrid OWC/RF setup, we present an in-depth numerical investigation that provides insights into the proposed two-tier multi-rate hybrid OWC/RF SA system design.

具有能量收集功能的 Slotted ALOHA 中的信息年龄

Age of Information in Slotted ALOHA With Energy Harvesting

针对带能量收集的 slotted ALOHA 状态更新系统，推导平均 AoI 与越限概率，并提出平衡两种传输策略的优化方法以同时改善 AoI 和吞吐量。

高斯MAC下T重不规则重复开槽ALOHA格式的可扩展性界

Achievability Bounds for T-Fold Irregular Repetition Slotted ALOHA Scheme in the Gaussian MAC

我们解决了高斯多址接入信道（MAC）的不协调的大规模随机接入的问题。研究了低复杂度的T重不规则重复时隙ALOHA（IRSA）方案的性能，并给出了可扩展性界。该方案与IRSA相比的主要区别如下：任何阶数高达T的冲突都可以在一定概率的噪声引入错误的情况下解决。为了优化方案的参数，我们结合G. Liva和Y.波利扬斯基由于能量效率对于大规模机器类型通信（mMTC）至关重要，因此我们的主要目标是最小化实现目标分组丢失率（PLR）所需的每比特能量。我们考虑两种情况：（a）活跃用户的数量是固定的;（b）活跃用户的数量是泊松随机变量。

引入ZigZag译码的改进时隙Aloha机制

Enhanced Slotted Aloha Mechanism by Introducing ZigZag Decoding

各种随机接入机制，如Aloha协议及其相应的变体，已被广泛研究，作为协调竞争用户之间的媒体接入的有效方法。但是，当两个或多个无线用户在同一时间通过同一信道发送分组时，就会发生冲突。当这种情况发生时，接收到的分组被丢弃并且需要重传，这是功率和带宽的浪费。在这种情况下，最重要的目标之一是找到技术来改善这些协议，以减少冲突的数量或避免它们。几项研究对这一问题作出了贡献。在本文中，我们提出了一种新的方法命名为曲折解码，以提高时隙Aloha机制，减少数据包碰撞的丢失率。我们用马尔可夫链对系统进行建模，其中积压数据包的数量作为系统的状态。我们使用随机博弈来实现我们的目标。我们评估和比较所提出的方法与开槽Aloha机制的性能参数。所有发现的结果表明，我们的方法是更有效的比开槽Aloha机制。

Irregular Repetition Slotted ALOHA Over the Binary Adder Channel

We propose an irregular repetition slotted ALOHA (IRSA) based random-access protocol for the binary adder channel (BAC). The BAC captures important physical-layer concepts, such as packet generation, per-slot decoding, and information rate, which are neglected in the commonly considered collision channel model. We divide a frame into slots and let users generate a packet, to be transmitted over a slot, from a given codebook. In a state-of-the-art scheme proposed by Paolini et al. (2022), the codebook is constructed as the parity-check matrix of a BCH code. Here, we construct the codebook from …

Optimal Distribution Design for Irregular Repetition Slotted ALOHA with Multi-Packet Reception

Associated with multi-packet reception at the access point, irregular repetition slotted ALOHA (IRSA) holds a great potential in improving the access capacity of massive machine type communication systems. Considering the time-frequency resource efficiency, K = 2 (multi-packet reception capability) may be the most suitable scheme for scenarios that allow smaller resource efficiency in exchange for greater throughput. In this paper, we analytically derive an optimal transmission probability distribution for IRSA with K = 2, which achieves a significant higher load threshold than the existing be…

利用无帧ALOHA捕获效应实现大规模无线随机接入

Exploiting Capture Effect in Frameless ALOHA for Massive Wireless Random Access

时隙ALOHA框架中的连续干扰消除（SIC）与最近建立的迭代置信传播纠删解码之间的类比，使得纠删编码理论和工具能够应用于随机接入方案的设计。这种方法导致的吞吐量大大高于传统的时隙ALOHA提供的吞吐量。在最简单的设置中，当针对单用户传输发生成功解码时，SIC进行。在本文中，我们考虑一个更一般的设置与捕获的信道，并探讨如何这样的物理模型影响的编码随机接入协议的设计。具体而言，我们评估的捕获效应在瑞利衰落的情况下，设计的SIC使能时隙ALOHA计划的影响。我们提供了分析处理无框架ALOHA，这是一个特殊的情况下，SIC启用ALOHA计划。我们通过分析和模拟结果表明，捕获效果可以是非常有益的，在实现的吞吐量。

Iterative Collision Resolution for Slotted ALOHA with NOMA for Heterogeneous Devices

In this paper, the problem of using uncoordinated multiple access (UMA) to serve a massive amount of heterogeneous users is investigated. Leveraging the heterogeneity, we propose a novel UMA protocol, called iterative collision resolution for slotted ALOHA (IRSA) with non-orthogonal multiple access (NOMA), to improve the conventional IRSA. In addition to the inter-slot successive interference cancellation (SIC) technique used in existing IRSA-based schemes, the proposed protocol further employs the intra-slot SIC technique that enables collision resolution for certain configurations of collide…

On the Performance of Irregular Repetition Slotted ALOHA with an Age of Information Threshold

The present paper focuses on an IoT setting in which a large number of devices generate time-stamped updates addressed to a common gateway. Medium access is regulated following a grant-free approach, and the system aims at maintaining an up-to-date knowledge at the receiver, measured through the average network age of information (AoI). In this context, we propose a variation of the irregular repetition slotted ALOHA (IRSA) protocol. The scheme, referred to as age-threshold IRSA (AT-IRSA), leverages feedback provided by the receiver to admit to the channel only devices whose AoI exceeds a dyna…

Relay-aided Slotted Aloha for Optical Wireless Communications

We consider a relay-aided Slotted ALOHA solution for uplink random access for an Optical Wireless Communications (OWC)-based Internet of Things (IoT). The first phase of uplink, the one between IoT devices and the relays, is realized using indoor OWC, while the second phase, between the relays and a base station, represents the long-range RF transmission based on low-power wide area network such as LoRaWAN and occurs outdoors. The throughput performance dependence on the OWC and RF channel conditions is observed. The behavior of the performance gain due to adding relays is highlighted and inve…

瑞利块衰落信道下不规则重复时隙ALOHA的捕获算法

Irregular Repetition Slotted ALOHA over the Rayleigh Block Fading Channel with Capture

依赖于在多个时隙中传输分组副本并在接收机处利用干扰消除的随机接入协议已经被证明可以实现与正交方案的性能竞争。到目前为止，定义用户发送给定数量的副本的概率的重复度简档的优化主要针对冲突信道模型来执行。在本文中，分析扩展到一个块衰落信道模型，也假设捕获效应在接收机。密度演化方程开发的新的设置，并在此基础上，一些重复度配置文件进行了优化和分析，通过Monte Carlo模拟在有限的帧长设置。导出的分布示出实现吞吐量大大超过1 [包/时隙]。

超越ALOHA的LoRa：一种替代随机接入协议的研究

LoRa beyond ALOHA: An Investigation of Alternative Random Access Protocols

我们提出了一个基于随机几何的模型来研究LoRaWAN的替代介质访问选择-一种广泛采用的物联网（IoT）低功耗广域网（LPWAN）技术。LoRaWAN的采用是由其简化的网络架构，空中接口和介质访问驱动的。被称为LoRa的物理层通过扩频因子（SF）和时间功率捕获增益提供准正交虚拟信道。然而，所采用的纯ALOHA接入机制在可扩展性方面在来自大量设备的同信道同SF传输下受到影响。在本文中，我们的目标是探索LoRaWAN的ALOHA之外的访问机制。利用LoRa的时间和功率捕获效应的最新结果，我们开发了一个统一的模型，用于其他选择的比较研究，即，时隙ALOHA和载波侦听多址（CSMA）。该模型包含了这些接入机制的设计参数，如时隙ALOHA的保护时间和同步精度，CSMA的载波侦听门限等。它还解释了环形区域中设备的空间相互作用，这是CSMA的LoRa特征。从该模型的覆盖概率，信道吞吐量和能源效率方面的性能进行了验证，使用蒙特卡罗模拟。我们的分析表明，开槽ALOHA确实有更高的可靠性比纯ALOHA，但在低设备密度的成本较低的能源效率。然而，CSMA优于时隙ALOHA在较小的SF方面的可靠性和能量效率，其性能退化到纯ALOHA在较高的SF。

帧异步编码时隙ALOHA：渐近、有限长和时延分析

On Frame Asynchronous Coded Slotted ALOHA: Asymptotic, Finite Length, and Delay Analysis

我们认为一个帧异步编码时隙ALOHA（FA-CSA）系统的非协调多址接入，其中用户加入系统的时隙的基础上，根据泊松随机过程，在对比标准帧同步CSA（FS-CSA），用户不帧同步。我们分析了FA-CSA的丢包率和延迟方面的性能。特别是，我们推导出（近似）密度演化特征的渐近性能的FA-CSA时，帧长度趋于无穷大。我们表明，如果接收器可以监控系统之前，任何人开始传输，边界效应类似的空间耦合码发生，这大大提高了迭代解码阈值。此外，我们推导出严格的近似的错误地板（EF）的有限帧长度制度的基础上，发生的最频繁的停止集的概率。我们表明，在一般情况下，FA-CSA提供了更好的性能在EF和瀑布区域相比，FS-CSA。此外，FA-CSA表现出更好的延迟性能比FS-CSA。

具有时空分集的网络基站时隙Aloha算法

Slotted Aloha for Networked Base Stations with Spatial and Temporal Diversity

我们考虑帧时隙Aloha，其中$m$基站合作解码来自$n$用户的消息。用户和基站在一个区域内随机均匀放置。在每个帧，每个用户根据规定的分布发送其分组的多个副本，并且它被通信半径$r$内的所有基站听到。基站采用一种解码算法，该算法利用连续干扰消除机制，既在空间上-跨越相邻基站，又在时间上-跨越不同时隙，在每个基站本地。我们表明，存在一个阈值上的归一化负载$G=n/(τm)$，其中$τ$是每帧的时隙数，低于该解码概率渐近收敛（作为$n,m,τ\rightarrow \infty$，$r\rightarrow 0$）的最大可能值-用户被听到的概率至少有一个基站，我们找到一个下限的阈值。此外，我们给出了一个启发式评估的解码概率的与或树分析的基础上。最后，我们表明，峰值吞吐量线性增加的基站的数量。

连续干扰抵消时隙Aloha的最大和速率

Maximum Sum Rate of Slotted Aloha with Successive Interference Cancellation

这是我们以前关于时隙Aloha网络的最大和速率的工作[8]的续集。通过扩展分析，将容量实现接收机结构，连续干扰消除（SIC），本文的目的是确定由于随机接入的速率损失。具体地，考虑两种代表性的SIC接收器，即，有序SIC，其中分组以其接收功率的降序被解码，以及无序SIC，其中分组以随机顺序被解码。最大和速率和相应的最佳参数设置，包括在这两种情况下的传输概率和信息编码速率的平均接收信号噪声比（SNR）的函数。与捕获模型的比较表明，只有在平均接收SNR $ρ$的中等值下，有序SIC的增益才是显著的。随着大的$ρ$，速率间隙减小，并且它们都具有相同的高SNR斜率$e^{-1}$，这远低于衰落信道的遍历和容量。多包接收（MPR）的和速率性能的影响进行了研究，通过比较MPR接收机包括SIC和捕获模型的经典碰撞模型。

多包接收下最优时隙ALOHA算法

Optimal Slotted ALOHA under Delivery Deadline Constraint for Multiple-Packet Reception

本文研究了N个用户共享信道的时隙ALOHA协议。假设信道具有允许正确接收多达M（$1 \leq M < N$）个时间重叠分组的多分组接收（MPR）能力。为了评估的情况下，一个数据包需要在严格的交付期限D（$D \geq 1$）（在单位时隙），因为它的到达队列的头部发送的可靠性，我们认为成功的交付概率（SDP）的数据包作为性能指标的兴趣。我们推导出最佳的传输概率，最大化的SDP为任何$1 \leq M < N$和任何$D \geq 1$，并显示它可以通过一个固定点迭代计算。特别地，对于D = 1的情况（即，吞吐量最大化）在本文中首先完全解决。基于这些理论结果，对于现实生活中的情况下，N可能是未知的和不断变化的，我们开发了一个分布式算法，使每个用户在运行时调整其传输概率根据N的估计。仿真结果表明，该算法在动态场景下是有效的，具有接近最优的性能。

多维马氏链稳定性的广义Foster-Lyapunov型判据及其在有限个数时隙Aloha协议中的应用

On a Generalized Foster-Lyapunov Type Criterion for the Stability of Multidimensional Markov chains with Applications to the Slotted-Aloha Protocol with Finite Number of Queues

本文推广了Rosberg（JAP，Vol.17，No.3，1980）关于可数状态空间上多维离散时间马氏链的一个常返性判别准则。我们重新审视了著名的slotted-Aloha协议的稳定性分析有限的队列数。在标准的建模假设下，我们推导出一个充分条件的稳定性，通过应用我们的正递归准则。我们的充分条件稳定性是线性的到达率，并不需要知识的平稳联合统计的队列长度。我们相信，这里报告的技术可能是有用的，在分析可数空间马尔可夫设置的其他稳定性问题。最后，我们得到了一些协议不稳定的充分条件。

基于角色保护计数器的1-持久年龄阈值时隙ALOHA快速无碰撞获取

Collision-Free Schedule Acquisition through Slotted ALOHA: Scaling Laws and Fluctuations

针对1-持久年龄阈值时隙ALOHA获取瞬态主导有限时域性能的问题，提出角色保护计数器阈值时隙ALOHA，通过分离预留记忆与信息年龄实现快速无碰撞获取，获取时间从O(n^2)降至O(n log n)。

多中继时隙ALOHA：性能分析和界

Multiple-Relay Slotted ALOHA: Performance Analysis and Bounds

无线随机接入协议作为一种简单而有效的机器类通信解决方案，正吸引着人们重新燃起的研究兴趣。在寻求提高这种方案的可靠性和频谱效率的过程中，使用多个接收器最近已经成为一种有前途的选择。我们研究了这种方法的潜力，考虑人口的用户传输数据包后，一个简单的时隙ALOHA政策的一组非合作接收机或中继（上行链路阶段）。这些又独立地将解码的内容的一部分转发到收集宿（下行链路阶段）。对于一个开-关衰落信道模型，我们提供了精确的表达式为任意数量的中继的上行链路吞吐量和丢包率，表征多接收机方案的好处。此外，提供了传送在上行链路上收集的所有信息所需的下行链路资源的最小量的下限。的界限被证明是可以实现的，通过随机线性编码时，没有限制的延迟设置。我们补充我们的研究讨论了一个家庭的简单的转发策略，不需要数据包级编码，并优化其性能的基础上的可用下行链路资源量。随机线性编码和简化的政策的行为的特点也是当接收器配备有有限的缓冲区，揭示非平凡的权衡。

帧时隙Aloha协议的稳定性分析

Stability Analysis of Frame Slotted Aloha Protocol

帧时隙Aloha（Frame Slotted Aloha）协议作为标签识别的事实标准在射频识别（RFID）系统中得到了广泛的应用。然而，非常有限的工作已经做了FSA的稳定性，尽管它的根本重要性，无论是在理论上的FSA性能和其有效的操作在实际系统中。为了弥合这一差距，我们致力于本文调查FSA的稳定性，专注于两个物理层模型的实际重要性，单包接收和多包接收能力的模型。从技术上讲，我们将FSA系统积压建模为马尔可夫链，其状态在每个帧开始时为积压大小。目的是分析马尔可夫链的遍历性，并证明其在不同区域，特别是不稳定区域的性质。通过漂移分析，我们得到的封闭形式的FSA的稳定性条件，并表明，稳定区域是最大化时，帧长度等于积压的大小在单包接收模型和积压的大小与帧长度的比率等于在数量级的最大多包接收容量在多包接收模型。此外，为了证明系统在不稳定区域的行为，我们从数学上证明了积压马尔可夫链的瞬时性。

Channel State Information Based User Censoring in Irregular Repetition Slotted Aloha

Irregular repetition slotted aloha (IRSA) is a massive random access protocol which can be used to serve a large number of users while achieving a packet loss rate (PLR) close to zero. However, if the number of users is too high, then the system is interference limited and the PLR is close to one. In this paper, we propose a variant of IRSA in the interference limited regime, namely Censored-IRSA (C-IRSA), wherein users with poor channel states censor themselves from transmitting their packets. We theoretically analyze the throughput performance of C-IRSA via density evolution. Using this, we …

广播编码时隙ALOHA：有限帧长分析

Broadcast Coded Slotted ALOHA: A Finite Frame Length Analysis

我们提出了一个不协调的媒体访问控制（MAC）协议，称为全对全广播编码时隙ALOHA（B-CSA）的可靠的全对全广播具有严格的延迟约束。在B-CSA中，每个用户在半双工模式下同时充当发射机和接收机。半双工模式会产生双重不等错误保护（DUEP）现象：用户重复其数据包的次数越多，该数据包被其他用户解码的概率就越高，但该用户解码来自其他用户的数据包的概率就越低。我们分析了有限帧长的数据包擦除信道上的B-CSA的性能。特别是，我们提供了一个一般性的分析停止集B-CSA和推导出一个解析近似的性能在错误地板（EF）区域，它捕获的DUEP功能的B-CSA。仿真结果表明，所提出的近似预测非常好的性能B-CSA在EF区域。最后，我们考虑应用B-CSA车辆通信，并比较其性能与载波侦听多址接入（CSMA），目前在车辆网络的MAC协议。结果表明，在相同的可靠性下，B-CSA比CSMA能够支持更多的用户。

多基站协作时隙Aloha算法

Cooperative Slotted Aloha for Multi-Base Station Systems

我们介绍了一个框架，研究时隙Aloha与合作基站。假设一个地理邻近的通信模型，我们提出了几个解码算法与不同程度的基站的合作（非合作，空间，时间，时空）。通过空间协作，相邻基站在它们的覆盖重叠内收集用户时相互通知;时间协作对应于在每个站本地进行的（时间）连续干扰消除。我们分析了四种译码算法，并建立了几个基本结果。对于所有算法，峰值吞吐量（所有基站上每个时隙的解码用户的平均数量）随着基站的数量线性增加。此外，时间和空间-时间的合作表现出相对于归一化负载（每个站，每个时隙的用户数）的阈值行为。存在一个积极的负载$G^\star$，这样，低于$G^\star$，解码概率是渐近最大可能的，等于一个用户被至少一个基站听到的概率，与非合作解码和空间合作，我们表明，$G^\star$是零。最后，与时空合作，我们优化度分布，根据用户发送他们的数据包副本，最佳的是在一般情况下非常不同的单基站系统的相应的最佳分布。

网络基站的时隙Aloha

Slotted Aloha for Networked Base Stations

我们研究了多基站，多址系统中，用户基站的邻接是由地理接近。在每个时隙，每个用户以一定的概率独立于其他用户发射（活动），并且被距离$r$内的所有基站听到。用户和基站都随机均匀地放置在（单位）区域上。我们首先考虑一个非合作的解码，基站工作在隔离，但用户被解码，只要它附近的基站之一读取一个干净的信号从它。我们找到的解码概率和量化的增益引入多个基站。具体地，峰值吞吐量随着基站的数量$m$线性增加，并且大致比使用标准时隙Aloha的单个基站的吞吐量大$m/4$。接下来，我们提出了一个合作解码，其中相互接近的基站通知对方，每当他们解码的用户在其覆盖范围内重叠。在每个基站处，从附近站接收的消息通过干扰消除机制帮助解决冲突。从我们的精确公式为非合作的情况下，我们提供了一个启发式公式的合作解码概率，反映了实际的性能。最后，我们通过仿真证明了非合作解码的合作的显着收益。

作为无比率码操作的ALOHA随机接入

ALOHA Random Access that Operates as a Rateless Code

无线机器对机器（M2M）通信的各种应用已经重新点燃了对随机接入协议的研究兴趣，其适合于支持大量连接的设备。时隙ALOHA及其衍生物代表了无线网络中分布式随机接入的简单解决方案。最近，时隙ALOHA的成帧版本由于在该方案中并入连续干扰消除（SIC）而重新引起了人们的兴趣，这导致了显著更高的吞吐量。基于类似的原理，并受无速率编码范式的启发，本文提出了一种时隙ALOHA框架下的无帧分布式随机接入方法。所提出的方法与无速率编码具有操作类比，通过用户接入策略和竞争周期的自适应长度来表达，其目标是在瞬时吞吐量最大化时结束竞争。本文提出了相关的分析，提供了启发式的标准，终止竞争期，并显示，可以实现非常高的吞吐量，即使是一个低数量的竞争用户。所展示的结果可能有更直接的实际影响相比，编码随机访问的方法，导致高吞吐量仅渐近。

The throughput in multi-channel (slotted) ALOHA: large deviations and analysis of bad events

We consider ALOHA and slotted ALOHA protocols as medium access rules for a multi-channel message delivery system. Users decide randomly and independently with a minimal amount of knowledge about the system at random times to make a message emission attempt. We consider the two cases that the system has a fixed number of independent available channels, and that interference constraints make the delivery of too many messages at a time impossible. We derive probabilistic formulas for the most important quantities like the number of successfully delivered messages and the number of emission attemp…

用于室内光无线通信的自适应多接收机编码时隙ALOHA

Adaptive Multi-Receiver Coded Slotted ALOHA for Indoor Optical Wireless Communications

针对室内光无线通信（OWC）大规模物联网（IoT）场景，设计了一种新型的高吞吐量随机接入方案。由于物联网设备和OWC接入点（AP）的密度很大，我们将所提出的方案基于多接收机编码时隙ALOHA。在这种情况下，AP处的冲突由集中式干扰消除解码器解决，该解码器可以利用空间和时间分集。通过应用对每个OWC AP视场（FOV）的自适应控制，所提出的系统能够动态地适应于不同的IoT设备激活速率，以便维持高的总吞吐量。使用说明性的仿真结果，我们证明了所提出的方法的设计方法和性能的可能性。