Scheduling Policies for Minimizing Age of Information in Broadcast Wireless Networks
我们考虑一个无线广播网络，其中一个基站通过不可靠的信道向多个客户端发送时间敏感信息。信息年龄（AoI），即自最近交付的数据包生成以来经过的时间量，捕获信息的新鲜度。我们制定了一个离散时间的决策问题，找到一个传输调度策略，最大限度地减少了预期的加权和AOI的客户端在网络中。我们首先表明，在对称网络中的贪婪的政策，传输数据包的最高当前年龄，是最佳的。对于一般的网络，我们开发了三个低复杂度的调度政策：随机化的政策，最大权重的政策和惠特尔的指数政策，并获得性能保证的网络配置的函数。据我们所知，这是第一个工作，以获得性能保证的调度策略，试图尽量减少在无线网络中的AOI不可靠的信道。数值结果表明，最大权重和惠特尔指数策略优于其他调度策略在每一个模拟的配置，并达到接近最优的性能。
2018-01-05 cs.IT cs.NI math.IT
Scheduling to Minimize Age of Synchronization in Wireless Broadcast Networks with Random Updates
在这项工作中，一个无线广播网络与基站（BS）发送随机的时间-敏感信息更新到多个用户的干扰约束。从网络用户的角度来看，采用同步年龄（AoS），即自存储在网络用户处的信息变得去同步化以来所经过的时间量来测量数据新鲜度。与目前应用较为广泛的信息时代（AoI）指标相比，AoS反映了随机变化内容的新鲜度。将AoS最小化调度问题转化为离散时间马尔可夫决策过程，通过结构化有限状态策略迭代逼近最优解。为了进一步降低计算复杂性，提出了一种基于不安分多臂强盗（RMAB）的索引启发式调度策略。仿真结果表明，该索引策略可以实现兼容的性能与MDP和接近的AoS下界。此外，理论分析和仿真揭示了AoS和AoI之间的差异。AoI最小化调度策略不能保证良好的AoS性能。
2020-03-05 cs.IT cs.NI math.IT
Efficient Broadcast for Timely Updates in Mobile Networks
本研究考虑了一个无线网络，接入点（AP）广播及时更新众多的移动用户。用户所拥有的信息的时效性以信息的年龄为特征。以恒定的最大功率频繁地广播及时的更新可以使所有用户的信息的年龄最小化，但是浪费了宝贵的通信资源（即，时间和能量）。为了解决年龄-能量的权衡，关键是要开发一种有效的调度算法，确定广播时间和分配功率。此外，不可预测的用户移动将导致快速变化的通信信道;特别地，那些信道可以是非静止的。我们的主要贡献是开发一个在线调度算法和信道不可知的调度算法，这样的移动网络具有可证明的性能保证。
2021-02-19 cs.IT cs.NI math.IT
Scheduling Algorithms for Minimizing Age of Information in Wireless Broadcast Networks with Random Arrivals: The No-Buffer Case
信息年龄是一个新的网络性能指标，它可以捕捉最终用户的信息新鲜度。本文从调度的角度研究了信息时代。为此，我们考虑一个无线广播网络，其中一个基站（BS）是更新许多用户的随机信息到达下的传输容量约束。对于离线的情况下，到达统计是已知的BS，我们开发了一个结构MDP调度算法和索引调度算法，利用马尔可夫决策过程（MDP）技术和惠特尔的方法不安分的土匪。通过探索最优的结构结果，我们不仅降低了基于MDP算法的计算复杂性，而且简化了推导一个封闭形式的Whittle指数。此外，对于在线的情况下，我们开发了一个基于MDP的在线调度算法和一个基于索引的在线调度算法。结构化MDP调度算法和基于MDP的在线调度算法都渐近地最小化平均年龄，而索引调度算法在所有用户的信息到达率相同时最小化平均年龄。最后，通过大量的数值研究，算法进行了验证。
2018-09-17 cs.IT cs.NI math.IT
Mean-Field Approximation based Scheduling for Broadcast Channels with Massive Receivers
新兴的工业物联网（IIoT）正在推动对通过无线信道向大规模设备提供低延迟服务的需求不断增长。因此，如何保证大量移动用户的服务质量（QoS）成为设想的第六代（6G）网络中具有挑战性的问题。在这样的网络中，延迟最优的无线接入将需要一个联合的信道和队列感知调度，其复杂度随着用户的数量呈指数增长。在本文中，我们采用平均场近似构思一个缓冲区感知的多用户分集或机会接入协议，该协议服务于所有积压的数据包的用户，如果其信道增益超过一个阈值。理论分析和数值结果表明，跨层调度策略不仅具有低复杂度，而且对于大量的设备也是渐近最优的。
2021-11-05 cs.IT eess.SP math.IT
Distributed Consensus in Wireless Networks with Probabilistic Broadcast Scheduling
我们认为在无线网络中的分布式平均共识部分通信，以减少在每一次迭代/轮的传输次数。考虑到无线信道的广播性质，我们提出了一种概率的方法，调度一个子集的节点广播信息到他们的邻居在每一轮。我们比较了几个探试法分配节点广播概率下的固定数量的每轮传输。此外，我们引入了一个预补偿方法来纠正共识值和初始值的平均值之间的偏差，并建议我们的设计可能的扩展。我们的研究结果是特别相关的开发通信效率的共识协议在无线环境中有限的频率/时间资源。
2023-01-27 cs.IT cs.MA cs.SY
Optimizing user selection schemes in vector broadcast channels
在本文中，我们专注于遍历下行链路的和速率性能的一组异构用户组成的系统。我们研究了三种用户选择方案，以组近正交用户同时传输。第一种方案是随机选择策略，实现公平性，但不利用多用户分集。第二个方案是一个贪婪的选择政策，充分利用多用户的多样性，但没有实现公平性，第三个方案实现公平性，同时部分利用多用户的多样性。我们还考虑了两种数据传输的波束形成方法，即最大比传输和迫零波束形成。在本文研究的所有调度方案中，都有一个关键参数控制着联合调度用户之间信道方向的正交度。我们专注于优化设置每个调度方案，使遍历下行链路和速率最大化这个参数。为此，我们推导出各态历经的下行链路和速率的分析表达式，考虑到每个调度方案。数值结果也提供了进一步的见解。
2014-12-02 cs.IT math.IT
Interference-Managed Local Service Insertion for 5G Broadcast
本地化电视内容的广播能够实现满足区域用户群需求的定制内容交付。5G多播广播服务（MBS）需要频谱高效的广播解决方案，以实现从一个本地服务区（LSA）到另一个本地服务区（LSA）的内容更改。两个相邻LSA之间的单位频率重用因子导致它们的边界区域因同信道干扰（CCI）而变得饱和。增加重用因子将以降低频谱效率为代价来降低CCI。本文讨论了频率和发射功率规划管理的CCI在LSA边界，以实现令人满意的频谱效率和广播覆盖之间的权衡。
2023-03-12 cs.IT math.IT
Multi-mode Transmission for the MIMO Broadcast Channel with Imperfect Channel State Information
本文提出了一种自适应多模式传输策略，以提高频谱效率实现在多输入多输出（MIMO）广播信道延迟和量化的信道状态信息。自适应策略调整活动用户的数量，表示为传输模式，以平衡发射阵列增益，空分复用增益，和残留的用户间干扰。精确的封闭形式的近似推导出不同模式的可实现的速率，这有助于确定的活动模式，最大限度地提高平均总吞吐量给定的反馈延迟和信道量化误差。所提出的传输策略与轮询调度相结合，并在中等信噪比下提供单用户MIMO的吞吐量增益。它只需要从少量用户反馈瞬时信道状态信息。与反馈负载约束，该算法提供的性能接近的机会调度与即时反馈，从大量的用户。
2010-03-13 cs.IT math.IT
Optimizing Information Freshness in Broadcast Network with Unreliable Links and Random Arrivals: An Approximate Index Policy
随着实时物联网（IoT）应用的快速增长，对新鲜信息的需求激增。信息年龄（AoI）是一个量身定制的指标，用于表征设备感知的信息新鲜度。在本文中，我们研究的问题，调度更新，以尽量减少AoI在广播网络。在这种情况下，中央控制器（例如基站）从不同的源收集状态更新，并将它们调度到对应的客户端。与以往的工作不同，我们考虑了随机状态更新和不可靠的链接。该问题首先被建模为一个无限时域平均约束成本马尔可夫决策问题（CMDP）。利用拉格朗日松弛法，推导了Whittle指标的近似值，并基于该近似值设计了调度策略。以往的研究结果可以看作是退化的情况下，近似指数的政策，无论是可靠的链接或定期到达的限制。仿真结果表明，所提出的政策的近最优性能。
2019-03-09 cs.IT math.IT
Scheduling for Stable and Reliable Communication over Multiaccess Channels and Degraded Broadcast Channels
信息论的论点集中于对信息传输的可靠性进行建模，假设在源处有无限的数据可用，从而忽略了各个源处消息生成时间的随机性。然而，在信息传输网络中，不仅可靠的传输很重要，而且稳定性也很重要，即，消息从产生到成功接收的平均延迟的有限性。通常情况下，延迟分析是单独使用传输理论的论点，而可靠的信息传输是使用信息论研究。在这篇论文中，我们通过适当地结合来自这两个领域的模型来共同研究数据通信的这两个重要方面。特别是，我们的消息，到达一个随机的过程中，（i）在多址信道，独立解码或联合解码，以及（ii）在退化的广播信道的模型预定的通信。提出的调度策略允许达到一定的最大数量的消息同时传输。在论文的第一部分中，我们建立了一个多类离散时间共享处理机排队模型，并研究了该排队模型的稳定性。特别地，我们用一个定义在可数状态空间上的离散时间马尔可夫链对排队系统建模，并建立了（i）该链的$c$ -正则性的充分条件，以及该状态的函数$c$的正常返性和平稳平均的有限性，（ii）该链的瞬时性的充分条件.这些稳定性结果构成了本文得出的结论的基础。
2006-09-05 cs.IT cs.NI math.IT
Power Optimal Scheduling for Guaranteed Throughput in Multi-access Fading Channels
针对衰落多址多频带系统，提出了一种能保证用户期望吞吐量和有限时延的功率最优调度算法。优化是在所有码率分配和编码策略的联合空间上进行的。所提出的调度分配速率的基础上，每个频带上的当前系统状态，并随后使用最佳的多用户信令来实现这些速率。调度在计算上是简单的，因此是可扩展的。由于上行链路-下行链路的二元性，所有的结果都以直接的方式扩展到广播信道。
2007-02-01 cs.IT math.IT
Throughput Maximization for Instantly Decodable Network Coded NOMA in Broadcast Communication Systems
针对下行蜂窝网络吞吐量提升问题，提出物理层NOMA与网络层IDNC结合的跨层方案，通过解耦联合优化问题并设计对应算法，实现了吞吐量优于现有方案的效果。
2023-10-03 cs.IT math.IT
A Fundamental Characterization of Stability in Broadcast Queueing Systems
相对于给定调度策略的稳定性已经成为无线通信系统的重要问题，但在特定场景中很难证明。本文导出了广播信道稳定性的两个简单条件，易于检验。启发式地，条件意味着，如果在系统中的队列长度变得很大，速率分配总是一个加权和速率最大化问题的解决方案。此外，两个时隙之间的权重因子的变化变得更小，并且队列有界而其他队列扩展的用户的权重因子趋于零。然后证明了对于遍历可达速率区域内的任意平均到达速率向量，当给定的调度策略满足条件时，系统是强稳定的。在这种情况下，该策略是所谓的吞吐量最优的。随后，一些结果的必要性所提出的条件。最后，在几个应用实例中，它表明，本文的结果提供了一个方便的方法来验证的吞吐量最优的政策。
2009-04-15 cs.IT cs.NI math.IT
Polar Coding for the Wiretap Broadcast Channel with Multiple Messages
针对两个合法接收者和一个窃听者的窃听广播信道，提出了一种极化编码方案。我们考虑一个模型，其中发射机希望发送不同的机密（和非机密）的信息，每个合法的接收器。首先，我们比较了文献中该模型的可达区域上的两个内界，然后我们设计了一个极化编码方案，实现了更强的一个。在所提出的方案中，编码使用基于极性的马顿编码，其中一个内层必须由两个合法的接收器可靠地解码，并且每个接收器必须解码其自己对应的外层。由于广播信道的非劣化条件，编码器构建链接构造，该链接构造引起相邻块之间的双向依赖性。实际上，这些依赖性可以发生在不同块的不同编码层之间。使用两个密钥，其长度在速率方面可以忽略不计，需要证明极化码满足强保密条件。
2019-09-11 cs.IT math.IT
Stability of Scheduled Message Communication over Degraded Broadcast Channels
我们考虑在一个离散的无记忆退化的广播信道上的预定消息通信。我们在这里考虑的框架模型的随机消息到达和随后的可靠的通信，通过适当地结合技术，从排队论和信息论。从发射机到每个接收机的信道是准静态的、平坦的，并且在接收机上具有独立的衰落。假设对消息传输的请求根据i.i.d.到达过程。然后，（i）我们推导出一类固定调度策略可实现的消息到达向量区域的外边界，（ii）我们证明对于满足外边界的任何消息到达向量，存在一个固定的“状态无关”策略，该策略导致相应消息到达过程的稳定系统，以及（iii）在两个渐近制度下，我们证明了NAT到达率向量的稳定区域具有信息论容量区域解释。
2006-01-22 cs.IT math.IT
Scheduling Wireless Ad Hoc Networks in Polynomial Time Using Claw-free Conflict Graphs
在本文中，我们解决了无线自组织网络中的调度问题，利用计算的优势，这样的调度问题时，可以表示无爪冲突图。网络编码流的调度问题可以表述为在网络冲突图中寻找最大加权独立集（MWIS）。我们考虑激活超图中的超边来模拟无线广播媒体。我们证明了某些无线自组网的冲突图是无爪的。已知求一般图的MWIS是NP-难的，但在无爪冲突图中，可以应用Minty或Faenza等人的方法。的算法。我们讨论我们的方法在一些样本网络。
2017-11-05 cs.IT math.IT
Imperfect and Unmatched CSIT is Still Useful for the Frequency Correlated MISO Broadcast Channel
由于Maddah-Ali和Tse表明完全陈旧的发射机侧信道状态信息（CSIT）仍然有益于多输入多输出（MISO）广播信道（BC）的自由度（DoF），因此学术文献中有很多兴趣研究不完美CSIT对时间相关广播信道的\emph{DoF}区域的影响。尽管迄今为止的研究重点一直是时间相关信道，但频率相关信道也存在类似但不同的问题。实际上，不完美的CSIT还影响频率相关信道的DoF区域，如当前多载波无线系统所例示的。这种贡献，在文献中的第一次，调查了一般的频率相关设置，其中两个天线发射机有两个相邻的子带上的两个单天线用户的CSI的不完善的知识。将迫零波束形成（ZFBF）与Maddah-Ali和Tse提出的方案相结合，提出了一种新的波束形成方案。该方案的可达自由度区域表示为CSIT质量的函数。
2013-04-03 cs.IT math.IT
MIMO Downlink Scheduling with Non-Perfect Channel State Knowledge
下行链路调度方案是公知的，并且在信道状态对于调度器是完全已知的假设下被广泛研究。在多用户MIMO（广播）的情况下，下行链路调度在非完美的信道状态信息（CSI）的存在下，只有很少处理。在本文中，我们提供了一个总体框架，系统地解决这个问题。此外，我们照亮的信道状态预测误差所发挥的关键作用：我们的计划在一个根本不同的方式对待用户与小信道预测误差（“可预测”用户）和用户与大信道预测误差（“不可预测”用户），并可以被解释为一个接近最佳的机会分时策略之间的MIMO下行链路波束成形可预测的用户和空时编码不可预测的用户。我们的研究结果，基于一个现实的MIMO信道模型中使用的3GPP标准化，表明所提出的算法可以显着优于传统的“不匹配”的调度方案，对待可用的CSI，如果它是完美的。
2009-07-09 cs.IT math.IT
Interference Mitigating Satellite Broadcast Receiver using Reduced Complexity List-Based Detection in Correlated Noise
最近的商业趋势是将较小的碟形天线用于卫星接收器，以及广播卫星的密度不断增加，这使得应用鲁棒的相邻卫星干扰（ASI）消除方案成为必要。这种轨道密度增长以及较小碟形天线的较宽波束宽度已经在卫星接收器处强加了过载情况，其中发射卫星的数量超过碟形天线处的接收元件的数量。为了确保在这种实际情况下的成功操作，我们提出了一种卫星接收器，通过减轻来自相邻卫星的干扰来增强来自所需卫星的信号检测。为此，我们提出了一个降低复杂度的列表为基础的组明智的搜索检测（RC-LGSD）接收机的假设下，空间相关的加性噪声。为了进一步提高检测性能，建议的卫星接收机利用一个新设计的白化滤波器，以消除噪声参数之间的空间相关性，同时也适用于预处理器，最大限度地提高信号与干扰加噪声比（SINR）。在实际场景下的大量仿真表明，所提出的接收机提高了卫星广播系统的性能，在存在ASI相比，现有的方法。
2014-04-25 cs.IT math.IT
V2X Content Distribution Based on Batched Network Coding with Distributed Scheduling
内容分发是智能交通系统中的一种应用，以帮助车辆获取信息，例如数字地图和娱乐材料。在本文中，我们考虑内容分发从一个单一的路边基础设施单元的一组车辆通过it.To打击连接时间短和有损信道质量，下载的内容需要进一步共享车辆之间的初始广播阶段后。为此，我们提出了一个联合的基础设施到车辆（I2V）和车辆到车辆（V2V）的通信方案的基础上批量稀疏（BATS）编码，以最大限度地减少流量开销，减少总的传输延迟。在I2V阶段，路边单元（RSU）以无速率方式将原始大尺寸文件编码成多个批次，每个批次包含固定数量的编码数据包，并在I2V连接时间期间顺序地广播它们。在V2V阶段，车辆通过对接收到的分组进行重新编码来执行网络编码的协作共享。我们提出了一种基于效用的分布式算法来有效地调度V2V协作传输，从而减少传输延迟。推导出所提出的内容分发方案的期望秩分布的封闭形式的表达式，该表达式用于设计最优的BATS码。所提出的内容分发方案的性能进行评估，考虑多车道的道路和现实的车辆交通设置，并显着优于现有的内容分发协议的广泛的模拟。
2018-10-03 cs.IT math.IT
Age of Information: Whittle Index for Scheduling Stochastic Arrivals
信息时代是一个新的概念，它表征了终端设备上信息的新鲜度。本文从调度的角度研究了信息时代。我们考虑一个无线广播网络，其中一个基站更新许多用户的随机信息到达。假设每次只能更新一个用户。在这种情况下，我们的目标是开发一个传输调度算法，以最大限度地减少长期运行的平均年龄。为了开发一种低复杂度的传输调度算法，我们应用惠特尔的框架不安分的强盗。我们成功地推导出了封闭形式的Whittle指数，并建立了可索引性。基于Whittle指数，我们提出了一个调度算法，同时实验表明，它非常接近年龄最优调度算法。
2018-04-17 cs.IT cs.NI math.IT
Nearly Optimal Scheduling of Wireless Ad Hoc Networks in Polynomial Time
在本文中，我们解决了无线自组织网络中的调度问题，利用计算的优势，这样的调度问题时，可以表示无爪冲突图，我们认为是无线广播媒体。网络编码流的调度问题可以表述为在网络冲突图中寻找最大加权独立集（MWIS）。求一般图的MWIS是NP难的，导致调度的复杂性是NP难的。在无爪冲突图中，MWIS可以在多项式时间内找到，从而导致吞吐量最优调度。我们证明了某些无线自组网的冲突图是无爪的。为了在一般网络中获得无爪冲突图，我们建议引入额外的冲突（边），同时保持MWIS大小的减少最小。为此，我们引入了一个迭代优化问题，以决定在哪里引入边缘，并调查其有效的实施。此外，我们提出了一些物理修改来操纵网络的冲突图，并提出了一个特定的网络的混合调度策略。我们得出结论，通过添加额外的边缘爪断裂方法可以执行近最佳的必要的假设。
2017-12-02 cs.IT math.IT
Utility Optimal Scheduling for Coded Caching in General Topologies
我们认为编码缓存在衰落的广播信道，用户，配备了有限大小的内存，经验不对称的衰落统计。已知的是，在手头的信道上的编码缓存的幼稚应用表现不佳，特别是在大量用户的制度中，由于消失的多播速率。我们克服了这种不利影响，通过精心设计的机会主义调度策略，使一些效用函数的长期平均速率应最大化，同时平衡用户之间的公平性。特别是，我们提出了一个基于阈值的调度，只需要从每个用户的统计信道状态信息和一位反馈。更具体地，每个用户在其SNR高于仅由衰落统计和公平性要求确定的阈值时经由反馈进行指示。令人惊讶的是，我们证明了这个简单的计划实现了最佳效用的制度，大量的用户。数值例子表明，我们提出的计划执行接近调度与完整的信道状态信息，但在一个显着降低的复杂性。
2018-01-08 cs.IT math.IT
Inter-Frame Coding For Broadcast Communication
针对广播无线通信中信道状态变化的问题，提出了一种新的帧间编码方法，该方法在不同的传输帧和不同的接收机上，其编码速率也会发生变化。所提出的方法的主要方面是，它将一个迭代的速率匹配过程到接收到的帧集的解码，这样：在整个帧间解码，每个帧的码率逐渐降低到或低于适当的值，然后再应用或重新应用传统的物理层信道解码。它被证明是最佳的，在本文中定义的意义。因此，所提出的方案可实现的数据速率的推导。总的来说，可以得出结论，与现有的解决方案相比，帧间编码呈现出更好的复杂度与数据速率的折衷。就复杂性而言，帧间解码的开销包括在类型和调度上与相对简单的迭代擦除解码中所采用的操作类似的操作。在数据速率方面，与涉及纠错和擦除编码的最新技术水平的两阶段方案相比，帧间编码将数据速率提高了高达1.55倍。
2015-11-10 cs.IT math.IT
Weighted Sum-Throughput Maximization for MIMO Broadcast Channel: Energy Harvesting Under System Imperfection
在这项工作中，MIMO广播信道下的能量收集（EH）约束和峰值功率约束的影响。发射机配备了一个混合储能系统，由一个完美的超级电容器（SC）和一个低效的电池组成，其中两个元件的储能容量都有限。此外，还讨论了数据处理电路功耗的影响。具体来说，这里研究了两种极端情况，其中第一种假设理想/零电路功耗，第二种考虑正恒定电路功耗，其中电路总是以其最高功率电平工作。因此，这两种极端情况下的性能分别作为实际系统性能的上限和下限。在这种情况下，离线调度的理想和最大电路功耗进行了研究。相关的优化问题，制定和解决加权吞吐量优化。此外，我们扩展到一般的电路功耗模型。为了补充这项工作，一些直观的在线政策，所有情况下。有趣的是，对于最大电路功耗的情况下，一个接近最优的在线政策，其性能被证明是可比的，其离线对应的数值结果。
2015-11-05 cs.IT math.IT
Joint User Scheduling and Beam Selection Optimization for Beam-Based Massive MIMO Downlinks
在基于波束的大规模多输入多输出系统中，信号在射频（RF）前端进行空间处理，从而可以减少RF链的数量以节省硬件成本、功耗和导频开销。大多数现有的工作集中在如何选择或设计模拟波束，以实现接近全数字系统的性能。然而，由于波束与某些用户强相关（定向），因此波束的选择和用户的调度应当被联合考虑。在本文中，我们制定了联合用户调度和波束选择问题的基础上的李雅普诺夫漂移优化框架，并获得了最优调度策略的封闭形式。为了减少开销和计算成本，所提出的调度方案仅基于统计信道状态信息。为此，推导出下行链路广播信道容量的渐近表达式。针对李亚普诺夫优化中的加权和速率最大化问题，提出了一种基于块协调更新的算法，并证明了该算法收敛于松弛问题的最优解.为了进一步降低复杂度，本文还提出了一种增量贪婪调度算法，并证明了该算法的性能在一个常数乘因子内有界。基于广泛使用的空间信道模型的仿真结果。结果表明，所提出的计划是接近最佳的，并优于几个国家的最先进的计划。
2017-11-18 cs.IT math.IT
Degraded Broadcast Channel with Secrecy Outside a Bounded Range
研究了保密性在有界范围外的$K$ -接收机降级广播信道，其中发射机向$K$接收机发送$K$消息，并且信道质量从接收机$K$到接收机1逐渐降级.对于$1\leq k\leq K$，每个接收机$k$需要解码消息$W_1,\ldots,W_k$，对于$k=1,\ldots, K-2$，每个接收机$k$需要保持不知道$W_{k+2},\ldots,W_K$。因此，每个消息$W_k$对于具有至少两级较差信道质量的接收机保持安全，即，接收器1、$\ldots$、$k-2$。秘密容量区域的充分特征。可实现的方案为每个消息指定一个叠加层，其中对每个层采用分箱。联合嵌入式编码和装箱，以保护所有上层消息从低层接收器。此外，该方案允许相邻层共享速率，使得每个消息的部分速率可以与其直接的上层消息共享，以扩大速率区域。更重要的是，一个感应方法被开发来执行Fourier-Motzkin消除的$2K$变量从顺序的$K^2$界限，以获得一个封闭的形式可实现的速率区域。一个外部边界的开发，匹配的可实现的速率区域，其证明涉及递归构造的速率界限，并利用直觉获得的可实现的计划。
2017-10-31 cs.IT math.IT
Sum Rates, Rate Allocation, and User Scheduling for Multi-User MIMO Vector Perturbation Precoding
本文研究多用户多输入多输出（MIMO）广播信道。我们考虑的情况下，多个发射天线被用来提供独立的数据流到多个用户通过矢量扰动。我们推导出的平均能量的预编码向量的总和速率的表达式，并使用此推导出一个高的信号噪声比（SNR）的封闭形式的上限，我们通过模拟是紧密的。我们还提出了一个修改向量扰动不同的速率可以分配给不同的用户。我们的结论是，矢量扰动预编码的总和速率增益可以通过减少用户选择问题的速率分配问题来实现。然后，我们提出了一个低复杂度的用户选择算法，试图最大限度地提高高信噪比和速率上界。仿真结果表明，该算法优于其他类似复杂度的用户选择算法。
2009-11-05 cs.IT math.IT
Faster Convergence with Less Communication: Broadcast-Based Subgraph Sampling for Decentralized Learning over Wireless Networks
Linköping University（林雪平大学）
针对无线网络去中心化学习中D-SGD的通信协调问题，提出广播基子图采样方法BASS，通过生成稀疏子图混合矩阵并联合优化采样概率，实现更快收敛且传输时隙更少，挖掘无线广播特性的加速潜力。
2025-02-11 cs.DC cs.IT cs.LG
Coded Cooperative Data Exchange Problem for General Topologies
我们考虑一般图的“编码合作数据交换问题”。在这个问题中，给定表示广播网络中的客户端的图G=（V，E），每个客户端最初持有一组（不一定不相交）信息分组;人们希望设计一种通信方案，其中最终所有客户端将持有网络的所有分组。通信是在循环中执行的，其中在每一循环中，单个客户端向G中的其邻居广播单个（可能编码的）信息分组。我们的目标是设计一个广播方案，满足所有客户端的最小数量的广播轮。在过去的几年中，编码的合作数据交换问题已经得到了重要的研究;大多数情况下，当图G是完整的广播图，其中每个客户端与网络中的所有其他客户端相邻时，但也可以在一般拓扑结构中，在分数和整数设置中。本文主要研究一般无向拓扑G中的积分设置问题。我们将G上的数据交换问题与G的某些研究得很好的组合性质联系起来，并且表明在\log{|V|}的乘法因子内精确甚至近似地解决问题是难以处理的（即，NP-Hard）。然后，我们转向研究有效的数据交换方案产生了一些通信回合可比我们的棘手的结果。我们的通信方案不涉及编码，并且在这样的产量范围内的“编码优势”在手头上的设置。
2012-02-09 cs.IT math.IT
Throughput-Optimal Broadcast in Wireless Networks with Dynamic Topology
我们考虑时变无线网络中的吞吐量最优广播问题，其底层拓扑结构被限制为有向无环图（DAG）。先前的广播算法沿着生成树路由分组。在具有时变连通性的大型网络中，这些树很难计算和维护。在本文中，我们提出了一个新的在线吞吐量最优广播算法，使分组的分组调度和路由决策，避免了需要维护任何全局拓扑结构，如生成树。我们的算法依赖于系统状态信息进行传输决策，因此，可以被认为是一个众所周知的背压算法，使点到点单播传输决策的基础上，不需要的知识，端到端的路径的长度信息的概括。在技术上，反压算法是通过随机稳定网络队列来实现的。然而，由于与广播相关的数据包重复，违反了工作守恒原则，排队过程很难在广播问题中定义。为了解决这个基本问题，我们确定了某些状态变量，其行为类似于广播设置中的虚拟队列。通过随机稳定这些虚拟队列，我们设计了一个吞吐量最优的广播策略。我们还得到了新的时变无线DAG的广播容量的特征，并推导出一个有效的算法来计算的容量准确地在一定的干扰模型的假设下，和多时间的近似算法计算的容量在较少的限制性假设。
2016-04-03 cs.DS cs.IT cs.NI
Version Age of Information Minimization over Fading Broadcast Channels
研究衰落广播信道下NOMA方案的最优调度以最小化用户平均VAoI，提出CO-SRP与CMDP解决方案，证明CO-SRP性能接近最优且在宽松功率约束下NOMA优于TDMA。
2024-02-12 cs.IT math.IT
Optimal Control for Network Coding Broadcast
Carleton University（卡尔顿大学）
本文研究了网络编码广播中存储和计算复杂度的优化问题，提出并证明了Least Received策略在N=2时的最优性，通过马尔可夫决策过程和动态规划方法验证了该策略的最优性。
2016-10-21 cs.IT cs.SY eess.SY
Throughput-Optimal Multi-hop Broadcast Algorithms
本文针对任意拓扑结构的多跳网络设计了吞吐量最优的动态广播算法。以前的大多数广播算法都是沿着以源节点为根的生成树路由数据包.对于大型动态网络，计算和维护一组生成树是没有效率的，因为网络拓扑可能频繁变化。在本文中，我们设计了一类动态算法，使包的包，包的路由决策，从而避免了需要维护任何全球的拓扑结构，如生成树。我们的算法可以方便地理解为一个不平凡的推广熟悉的背压算法，使单播数据包路由和路由的决定，根据报文长度信息，而不维护端到端的路径。然而，在广播问题中，很难定义排队结构，由于缺乏一个工作守恒原理，这是由数据包重复。我们设计并证明了一个基于虚拟队列的算法的最优性，其中虚拟队列是为顶点子集定义的。然后，我们提出了一种多类广播策略，它结合了上述调度算法与基于类的按顺序分组交付约束，从而显着降低了复杂性。最后，我们通过大量的数值模拟评估所提出的算法的性能。
2016-04-02 cs.DS cs.IT cs.NI
Broadcasting with an Energy Harvesting Rechargeable Transmitter
在本文中，我们研究了在两个用户的加性高斯白噪声（AWGN）广播信道，发射机能够收获的能量从性质，使用可充电电池的传输完成时间最小化问题。收集的能量被建模为在传输过程中随机到达发射机。发送器有固定数量的数据包要传送到每个接收器。我们的目标是最小化两个用户的所有数据包被发送到各自目的地的时间。为此，我们优化的发射功率和传输速率为两个用户。我们首先分析了最优传输策略的结构特性。我们证明了最优总发射功率与最优单用户发射功率具有相同的结构。我们还证明了存在一个截止功率水平的较强的用户。如果最佳总发射功率低于该截止电平，则将所有发射功率分配给较强用户，而当最佳总发射功率大于该截止电平时，将高于该电平的所有发射功率分配给较弱用户。基于这些结构的最优策略的属性，我们提出了一个算法，产生全局最优的离线调度策略。我们的算法是基于减少两个用户的广播信道问题的想法尽可能多的单用户问题。
2010-10-14 cs.IT cs.NI math.IT
Scheduling Versus Contention for Massive Random Access in Massive MIMO Systems
大规模机器类型通信协议通常是在用户之间的协调需要显著的通信开销并且因此是不切实际的假设下设计的。然而，在有效的活动检测和无冲突调度的最新进展表明，协调的成本可以远远低于天真的计划调度。这项工作考虑的情况下，大量的设备与零星的流量寻求访问一个大规模的多输入多输出（MIMO）基站（BS），并探讨了一种方法，在该方法中，设备活动检测之后是一个单一的共同反馈广播消息，这是用来调度活跃的用户到不同的传输时隙，并分配正交导频的用户进行信道估计。建议的协调通信方案相比，两个流行的竞争为基础的计划：编码导频接入，这是基于编码时隙ALOHA的原则，和一个近似的消息传递计划联合用户活动检测和信道估计。数值结果表明，预定的大规模访问提供了显着的增益，在每个时隙的成功传输的数量和总速率，由于减少干扰，在只有一个小的反馈成本。
2022-07-09 cs.IT eess.SP math.IT
Max-min Fairness of K-user Cooperative Rate-Splitting in MISO Broadcast Channel with User Relaying
协作速率分裂（CRS）策略依赖于发射机处的线性预编码速率分裂和中继用户对公共消息的机会性传输，最近已被证明优于典型的非协作速率分裂（NRS），两用户多输入单输出广播信道中的协作非正交多址接入和空分多址用户中继。在这项工作中，现有的两个用户的CRS传输策略推广到K用户的情况下。我们研究了联合优化的预编码器，消息分裂，时隙分配，中继用户调度的目标是最大化用户之间的最小速率的问题。首先提出了一种有效的自组织中继协议，然后提出了一种基于连续凸近似（SCA）的算法，以联合优化时隙，预编码器和消息分裂。数值结果表明，在广泛的网络负载和用户部署的最坏情况下，CRS实现的可达速率显着增加比NRS和SDMA。重要的是，所提出的基于SCA的算法显着降低了计算复杂度没有任何速率损失相比，在文献中的CRS的传统算法。因此，我们得出结论，所提出的K用户CRS比现有的传输方案更强大。
2020-08-05 cs.IT eess.SP math.IT
Algorithmic Aspects of Energy-Delay Tradeoff in Multihop Cooperative Wireless Networks
研究了时延受限的协作多跳无线网络中的能量有效传输问题。协作多跳方案的组合性质使得很难设计有效的多项式时间算法来决定哪些节点应该参与协作，以及它们应该何时以及以什么功率发送。在这项工作中，我们在无记忆网络中解决了这个问题，有或没有延迟约束，即，服务质量保证。我们分析了广泛的设置，包括单播，组播和广播，和两个主要的合作方法，即：能量积累（EA）和互信息积累（MIA）。我们提供了一个广义的算法制定的问题，包括所有这些情况下。我们调查的EA和MIA在我们的广义配方的相似性和差异。我们证明了广播和多播问题，在一般情况下，不仅NP困难，而且O（log（n））不可逼近。我们把这些问题分为三个部分：排序，调度和功率控制，并提出了一种新的算法，给定一个排序，可以最优地解决联合功率分配和调度问题在多项式时间内同时进行。我们进一步表明，经验表明，这种算法结合使用的Dijkstra的最短路径算法产生接近最佳的性能在典型的设置中的顺序推导。对于单播的情况下，我们证明，虽然问题仍然NP难与MIA，它可以解决最佳的，在多项式时间内使用EA。我们进一步使用我们的算法研究数值延迟和功率效率之间的权衡在合作广播和比较EA与MIA的性能以及我们的合作算法的性能与智能非合作算法在广播设置。
2011-12-29 cs.DS cs.IT math.IT
Decentralized Subchannel Scheduling for C-V2X Mode-4: A Non-Standard Configuration for CAM Retransmissions
在第14版中，3GPP引入了一种称为蜂窝车辆到万物（C-V2X）\emph{mode-4}的新颖范例，以专门支持没有网络覆盖的场景中的车辆通信。这样的方案已经被设计为利用感测机制分布式地操作，由此车辆可以监视跨子信道的接收功率。基于所测量的功率强度，车辆自主地选择合适的子信道，通过该子信道广播安全消息。在释放所选择的子信道以选择另一子信道之前，车辆在短时间段内使用所选择的子信道。在这项工作中，我们提出了一个调度方法的基础上，上述技术。我们假设存在支持半永久保留子信道（如3GPP所规定的）的主子带。此外，我们还考虑存在辅助子带，其传送随机重传以提高接收可靠性。不同的配置所提出的方法进行了探讨，并使用真实的车辆轨迹评估其性能。
2019-12-31 cs.IT cs.SI eess.SP
Decentralized Learning over Wireless Networks with Broadcast-Based Subgraph Sampling
Linköping University（林雪平大学）
本文研究无线网络中去中心化学习的通信效率问题，提出BASS框架，通过广播传输和概率子图采样在不干扰节点子集中传播模型更新，在通信成本约束下加速D-SGD的收敛。
2023-10-24 cs.DC cs.IT cs.LG
Mixed-Timescale Differential Coding for Downlink Model Broadcast in Wireless Federated Learning
Linköping University（林雪平大学）
针对无线联邦学习中因链路故障致设备错过差分更新无法重构全局模型的问题，提出混合时间尺度差分编码（MTDC）方案，通过调整参考模型在两级执行差分编码，配合收敛分析、年龄感知变体及调度策略，提升了学习性能。
2026-07-21 cs.DC cs.IT cs.LG
Joint Trajectory Design and User Scheduling of Aerial Cognitive Radio Networks
无人机（UAV）与地面节点之间的链路是高概率的视距链路，因此UAV被广泛用于增强无线通信的端到端性能。然而，LoS链路中信号传播的广播特性使其很容易被恶意窃听者窃听，这对无线通信的安全性提出了相当大的挑战。研究了空中认知无线电网络的安全问题。机载基站利用与主网络相同的频谱向次用户发送机密消息。空中基站发射干扰信号来抑制窃听者以增强保密性能。该算法考虑了窃听节点位置的不确定性，通过优化多用户调度、无人机飞行轨迹和发射功率，最大化认知用户的平均保密率。针对混合多整数变量非凸优化问题，提出了一种基于块坐标下降和逐次凸逼近的迭代算法。数值结果验证了算法的有效性，表明该方案有利于提高空中CRN的保密性能。
2022-04-21 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-Hop Wireless Optical Backhauling for LiFi Attocell Networks: Bandwidth Scheduling and Power Control
数百个光保真（LiFi）基站（BS）的回程构成了一个重大挑战。室内无线光回程是一种新颖的方法，其中通过定向视线（LOS）无线红外（IR）链路来提供相邻LiFi BS之间的互连。基于上述方法，本文提出了一种自顶向下的设计多跳无线回程配置的多层光atocell网络，提出了新的想法超级细胞。这种小区包含多个attocell集群，这些attocell集群基于多跳解码转发（DF）中继经由单个网关连接到核心网络。因此，出现了管理瓶颈回程的带宽和功率资源的新挑战。通过提出基于用户的带宽调度策略和基于信元的带宽调度策略，详细阐述了端到端多用户和速率的系统级建模和分析。此外，在UBS和CBS策略下的最优带宽调度问题被表示为约束凸优化问题，并使用投影次梯度法求解。此外，回程系统的传输功率通过创新的固定功率控制（FPC）策略被机会性地降低。引入回程瓶颈发生（BBO）的概念。推导出BBO概率的精确近似表达式，并利用Monte Carlo模拟进行了验证。通过广泛的计算机模拟，通过研究超级小区的性能的不同方面，包括平均和速率，BBO概率和回程功率效率（PE），提供了几个见解到所提出的方案的提供的增益。
2019-07-12 cs.IT math.IT
Interference alignment for downlink cellular networks: Joint scheduling and precoding
干扰对齐（IA）是一种技术，在很大程度上，利用通过MIMO和OFDM技术在系统中可用的不断增加的信号维度，以便全局地减少网络中用户所遭受的干扰。在本文中，我们解决的问题，下行链路蜂窝网络，所谓的干扰广播信道，在小区边缘的移动用户可能会遭受高干扰，因此，性能差。从Suh等人提出的下行链路IA方案开始，提出了一种新的方法，其中每个用户反馈具有高信号干扰比增益的多个选择的接收信号方向。基于穷举搜索的调度器选择要同时服务的用户的子集，在和速率性能和公平性之间进行平衡，但是在许多用户同时发送请求的密集网络场景中变得难以驾驭。因此，我们开发了一个次优调度，大大降低了复杂性，同时保持接近最佳的数据率增益。更有趣的是，我们的模拟表明，IA计划变得有价值的相关信道，而匹配滤波为基础的计划在不相关的情况下表现最好。
2016-11-24 cs.IT cs.NI math.IT
Multiuser MISO Transmitter Optimization for Inter-Cell Interference Mitigation
发射机优化（即，导向矢量和功率分配）的MISO广播信道（MISO-BC）。作为特殊情况，这样的约束包括总功率、每天线或每组天线功率以及“禁止干扰方向”约束。我们认为最佳的脏纸编码和简单的次优线性迫零波束形成策略，并提供数值有效的算法，解决问题的最一般形式。作为一个应用程序，我们考虑一个多小区的情况下，部分小区合作，其中每个小区优化其预编码器，考虑到在相邻小区的特定用户的干扰约束。所提出的方法的有效性进行评估，在一个简单的系统场景，包括两个相邻的小区，根据不同的公平性标准，强调附近的小区“边界”的用户的瓶颈作用。我们的研究结果表明，“主动”小区间干扰（ICI）缓解优于传统的“静态”ICI缓解的基础上部分频率复用。
2010-03-02 cs.IT math.IT
Pull-Based Query Scheduling for Goal-Oriented Semantic Communication
Communication Systems Dept., EURECOM, France（EURECOM通信系统系，法国）；Dept. of Computer Science and Artificial Intelligence, University of Granada, Spain（Granada大学计算机科学与人工智能系，西班牙）；Dept. of Computer and Information Science, Linköping University, Sweden（Linköping大学计算机与信息科学系，瑞典）
本文针对拉取式状态更新系统提出效果感知的查询调度策略，引入GoE度量和累积前景理论，结合动态规划与深度强化学习，在成本约束下最大化语义通信的有效性。
2025-08-06 cs.AI cs.IT cs.NI
Joint Subcarrier and Power Allocation Methods in Wireless Powered Communication Network for OFDM systems
在本文中，我们研究了OFDM系统的无线供电通信网络，其中混合接入点（H-AP）在下行链路中向用户广播能量信号，并且用户基于正交频分多址方案在上行链路中向H-AP发送信息信号。我们考虑一个全双工H-AP，同时发送能量信号和接收信息信号。在这种情况下，我们解决了联合子载波调度和功率分配问题，以最大限度地提高两种情况下的总速率：完美的自干扰消除（SIC）的H-AP完全消除其自干扰（SI）和不完美的SIC的残留SI存在。一般来说，由于子载波调度，这两种情况下的问题都是非凸的，因此需要穷举搜索方法，这是非常复杂的，以获得全局最优解。为了降低复杂度，对于理想的SIC场景，我们通过应用拉格朗日对偶方法联合优化子载波调度和功率分配。接下来，对于不完美SIC情况，由于H-AP处的SI，问题更加复杂。为了解决这个问题，我们提出了一种基于投影梯度法的迭代算法。仿真结果表明，与最优算法相比，所提出的算法在理想SIC情况下的和速率性能损失可以忽略不计，而所提出的迭代算法在不理想SIC情况下的性能优于传统算法.
2015-11-24 cs.IT math.IT
A Whittle Index Approach to Minimizing Functions of Age of Information
本文提出基于Whittle指数的低复杂度调度策略，最小化信息年龄的一般非递减成本函数，证明双源可靠信道下精确最优，并模拟验证其性能接近最优。
2023-06-20 cs.IT cs.NI math.IT
Optimizing Information Freshness for Wireless Local Area Networks with Multiple APs
Purdue University（普渡大学）
本文研究多接入点无线局域网中信息新鲜度的最小化问题，提出基于干扰的调度策略，通过Lyapunov漂移分析和局部搜索近似方法，实现常数因子优化，实验证明在分布式单AP基准上可减少约50%的信息新鲜度。
2026-09-15 cs.IT cs.NI math.IT
Full-Duplex Wireless-Powered Communication Network with Energy Causality
在本文中，我们考虑一个无线通信网络与全双工混合接入点（HAP）和一组无线用户的能量收集能力。HAP通过两个天线实现全双工：一个用于在下行链路中向用户广播无线能量，另一个用于同时在上行链路中通过时分多址（TDMA）接收来自用户的独立信息。所有用户可以从HAP连续地获取无线功率，直到其传输时隙，即，通过假设将来收集的能量不能用于传输来对能量因果关系约束进行建模。因此，后面的用户的能量收集时间与前面的用户的传输时间耦合。在这种设置下，我们调查的总和吞吐量最大化（STM）的问题和总时间最小化（TTM）的建议多用户全双工无线供电网络的问题。STM问题被证明是一个凸优化问题。最优解的策略，然后获得封闭形式的表达式，可以计算与线性复杂度。它还表明，总吞吐量是不随用户数的增加而减少。对于TTM问题，通过利用耦合约束的性质，我们提出了一个两步算法来获得最优解。然后，对于每个问题，两个次优的解决方案，提出和调查。最后，通过仿真研究了用户调度对STM和TTM的影响。它还表明，不同的用户调度策略，应使用STM和TTM。
2014-04-02 cs.IT math.IT
Optimal Rate Scheduling via Utility-Maximization for J-User MIMO Markov Fading Wireless Channels with Cooperation
针对一类随机环境中的广义处理器共享队列，通过随机演化容量集上效用最大化问题的解（社会最优Nash平衡点）设计了一种Markov型动态速率调度策略，该队列的工件到达遵循双随机更新过程（DSRP）.每个DSRP的随机环境和随机到达率都由有限状态连续时间马尔可夫链（FS-CTMC）驱动。鉴于调度策略相对于每个队列和环境状态以贪婪的方式进行优化，并且由于难以获得在该策略下的这种调度系统的性能的封闭形式的解，我们建立了一个带有状态转换的反射扩散模型（RDRS），模型的性能指标，并证明其渐近最优通过推导相应的系统的随机流体和扩散限制并识别与效用函数相关的成本函数，该成本函数通过最小化扩散极限中的工作负载过程而最小化。更重要的是，我们的排队模型包括J用户多输入多输出（MIMO）多接入信道（MAC）和广播信道（BC）的合作和接纳控制作为特殊情况。在这些无线系统中，来自MAC中的J个用户的数据或去往BC中的J个用户的数据在根据FS-CTMC衰落的公共信道上发送。用于MAC或BC的J用户容量区域是随着FS-CTMC衰落而切换的集值随机过程。在任何特定的信道状态下，我们表明，每个J-用户容量区域是一个凸集的线性或光滑的曲面的数量为界。因此，我们的排队模型可以完美地匹配这些无线系统的动态。
2011-06-22 cs.IT math.IT math.OC
