Minimizing the Age of Information through Queues
在本文中，我们研究调度策略，最大限度地减少年龄的信息在单跳排队系统。我们提出了一个最后生成，第一服务（LGFS）的调度策略，在该策略中，具有最早的生成时间的数据包被处理的最高优先级。如果服务时间是i.i.d.指数分布，抢占LGFS政策被证明是年龄最优的随机排序意义。如果服务时间是i.i.d.并满足一个新的优于使用（NBU）的分布特性，非抢占LGFS政策被证明是在一个恒定的差距从最佳年龄的性能。这些年龄最优性结果是相当普遍的：（i）它们适用于任意分组生成时间和到达时间（包括无序分组到达），（ii）它们适用于多服务器分组调度，具有在多个服务器上复制分组的可能性，（iii）它们不仅适用于最小化时间平均年龄和平均峰值年龄，而且还用于最小化年龄随机过程和年龄随机过程的任何非减泛函。如果分组生成时间等于分组到达时间，则LGFS策略简化为后来先服务（LCFS）策略。因此，年龄最优性结果的LCFS型政策也成立。
2019-04-13 cs.IT math.IT
On Optimal Spectrum Access of Cognitive Relay With Finite Packet Buffer
我们研究了认知无线电系统中，次用户（SU）中继主用户（PU）分组使用两阶段中继。SU在中继阶段利用分时传输自己的分组，并具有一定的接入概率。PU和SU具有有限容量的队列，这导致当队列满时的分组丢失。利用中继队列状态的知识，SU的目标是最大限度地提高其数据包吞吐量，同时保持PU的丢包率低于阈值。通过利用问题的结构，我们将其表示为一个线性规划，并找到SU的最优访问策略。我们还提出了低复杂度的次优接入策略，即恒定概率传输和步进传输。数值结果比较所提出的方法的性能和研究队列大小对分组吞吐量的影响。
2017-01-22 cs.IT cs.NI math.IT
Queue-Aware Variable-Length Coding for Ultra Reliable Low Latency Communications with Random Arrival
随着物联网（IoT）的惊人增长，超可靠低延迟通信（URLLC）可能是保证对延迟和可靠性的严格要求的推动者。然而，如何利用随机到达实现低延迟和超可靠性仍然是开放的。该文提出了一种基于URLLC单用户链路的可变长信道编码，该编码基于随机到达确定有限块长度的信道编码。更具体地说，提出了一种跨层方法，用于URLLC用户建立延迟和功耗之间的最佳权衡。提出了一种概率编码框架，利用马尔可夫链描述了跨层变长编码。在这种方式中，最佳的延迟功率权衡给出了一个等价的线性规划（LP）。通过求解该线性规划，可以得到基于队列长度的门限结构的时延最优变长编码。
2019-03-14 cs.IT math.IT
Relay-Assisted Multiple Access with Multi-Packet Reception Capability and Simultaneous Transmission and Reception
在这项工作中，我们研究了一个节点中继数据包从一些用户到目的地节点的操作。我们假设中继和目的节点的多包接收能力。中继节点可以同时发送和接收，因此产生了自干扰问题。中继没有自己的数据包，并且源节点处的流量被认为是饱和的。当到目的地节点的传输失败时，中继节点将其成功接收的源分组存储在其队列中。我们得到了中继队列的特性（如中继队列的到达率和服务率）、稳定性条件和平均队列长度与链路的传输概率、自干扰系数和中断概率的函数关系的解析表达式。我们研究了中继节点和自干扰系数对每个用户源的吞吐量以及总吞吐量的影响。
2011-08-11 cs.IT math.IT
Discrete Packet Management: Analysis of Age of Information of Discrete Time Status Updating Systems
在本文中，我们考虑在离散时间状态更新系统中执行数据包管理，重点是确定系统的稳态AoI分布。首先，在排队模型为Ber/G/1/1的情况下，通过引入二维AoI随机过程并求解其稳态，得到AoI分布，该分布同时描述了系统中AoI和分组年龄的随机演化。在这种情况下，实际上我们分析了一个更通用的队列，称为概率抢占Ber/G/1/1，其中允许以一定的概率抢占分组服务。作为特殊情况，也得到了Ber/Geo/1/1排队系统的稳态AoI分布。对于具有大小2的系统，考虑两个特定队列，即，Ber/Geo/1/2和Ber/Geo/1/2* 队列。该方法的核心思想是，能够完整地描述接收端AoI、服务中的包龄和等待包龄等三维向量的随机变化，从而构成一个三维AoI过程。三维过程的平稳分布则给出平稳AoI分布作为其边缘分布之一。对于这两种情况，AoI分布的显式表达式推导，从而给出了系统的稳态AoI的完整描述。对于所有的情况下，由于一个更大的维AoI过程的稳定状态的解决，所以除了AoI分布，我们得到更多。例如，大小为2的更新系统的分组系统时间和等待时间的分布，以及AoI超过某个阈值的违反概率。
2022-04-28 cs.IT math.IT
Queue occupancy and server size distribution of a queue length dependent vacation queue with an optional service
Visvesvaraya National Institute of Technology, Nagpur（印度纳格浦尔维斯韦萨瓦里亚国立理工学院）
本文研究了具有依赖队列长度的休假队列，推导了双变量概率生成函数，并通过数值示例展示了框架的应用性及参数敏感性分析。
2026-02-25 cs.IT math.IT math.PR
Average AoI in Multi-Source Systems with Source-Aware Packet Management
我们研究了由两个独立的源和一个服务器组成的状态更新系统中，在三种不同的源感知分组管理策略下的信息新鲜度。每个源的分组根据泊松过程生成，并且分组根据指数分布的服务时间被服务。我们得出的平均年龄的信息（AoI）的每个源使用随机混合系统（SHS）技术，每个数据包管理策略。策略1中，队列最多同时包含两个等待数据包（除了正在服务的数据包之外），一个源1的数据包和一个源2的数据包。当服务器在数据包到达时忙时，在队列中等待的相同源的可能数据包（因此，源感知）被到达的新数据包替换。在策略2中，系统（即，等待队列和服务器）最多可以包含两个分组，每个源一个。当服务器在分组到达时忙时，系统中相同源的可能分组被新分组替换。策略3类似于策略2，但它不允许服务中的抢占，即，当分组在服务中时，来自相同源的所有新到达都被阻塞和清除。数值结果提供了评估源之间的公平性和所提出的政策的总和平均AoI。
2020-09-25 cs.IT math.IT
Scheduling for Periodic Multi-Source Systems with Peak-Age Violation Guarantees
本文针对异构多源系统提出广义轮询调度策略，基于年龄违规概率分析其指数衰减速率界，并通过仿真验证策略有效性及两种排队规则的渐近性能关系。
2023-08-10 cs.IT math.IT
Moment Generating Function of Age of Information in Multi-Source M/G/1/1 Queueing Systems
我们考虑一个多源状态更新系统，其中每个源根据泊松过程产生状态更新数据包，然后根据一般分布的服务时间提供服务。针对这种多源M/G/1/1抢占模型，引入了一种源感知的抢占式分组管理策略，推导出了每个源的信息年龄（AoI）和峰值AoI的矩生成函数（Moment Generating Function，MGF）。根据该策略，到达的新数据包抢占系统中相同源的可能数据包。此外，我们得出的MGF的AoI和峰值AoI源不可知的抢占式和非抢占式的政策，其中只有平均AoI和峰值AoI已经得到较早。最后，我们使用的MGF推导出的平均AoI和峰值AoI在两个源的M/G/1/1搜索模型下的每一个政策。数值结果显示了服务时间分布参数对平均AoI的影响：对于给定的服务速率，当服务时间分布的尾部足够重时，源不可知的抢占策略是最佳策略，而对于尾部足够轻的分布，非抢占策略是最佳策略.结果还突出了AoI的更高时刻的重要性。
2022-01-26 cs.IT math.IT
Outage Analysis of Age-of-Information for Multi-Source Systems
信息年龄（AoI）是衡量信息新鲜度的有效性能指标，在涉及状态更新的应用中很受欢迎。现有的大多数工程都采用平均AoI作为指标，这不能提供严格的性能保证。在这项工作中，中断概率的峰值AoI超过一个给定的阈值进行了分析，在一个多源系统下的轮询调度。考虑了两种排队规则，即先来先服务（FCFS）队列和单包队列。对于FCFS，上界和下界的中断概率推导出一致的渐近，其真实的缩放特性。对于单包排队，给出了一个上界，仿真结果验证了该上界的有效性。分析具体化的共同信念，单包路由有一个更好的AoI性能比FCFS。当到达间隔时间远大于总传输时间时，这两个准则具有相似的渐近性能。
2022-06-09 cs.IT math.IT
Prioritized Multi-stream Traffic in Uplink IoT Networks: Spatially Interacting Vacation Queues
大规模物联网（IoT）预计将为完全连接的世界引入大量应用。设想了异构流量，其中在每个IoT设备处生成的数据包应根据其优先级进行区分和服务。本文开发了一种新的优先级感知时空数学模型来表征具有上行链路优先级多流流量（PMT）的大规模物联网网络。特别地，利用随机几何来考虑共存的IoT设备之间的宏观网络范围的相互干扰。离散时间马尔可夫链（DTMCs）被用来跟踪每个设备的每个优先级流内的数据包的微观演变。为了减轻维数灾难，我们分解的优先级排队模型在每个设备上的服务器休假的单队列系统。为此，具有PMT的IoT网络被建模为空间交互的休假队列。队列之间的相互作用，在分组离开概率方面，由于相互干扰而发生。服务休假发生在较低优先级分组以寻址较高优先级分组。在此基础上，提出了不同优先级的专用信道接入策略和共享信道接入策略，并进行了比较。结果表明，在综合考虑传输成功概率、队列溢出概率和延迟的情况下，共享接入具有更好的性能。
2020-07-25 cs.IT cs.NI eess.SP
Cross-layer Transmission Design for Tactile Internet
为了确保触觉互联网的低端到端（E2 E）延迟，5G系统将使用短帧结构。因此，应考虑有限块长度信道码的传输错误，以保证高可靠性要求。本文研究了触觉互联网的跨层传输优化问题，在E2 E延迟中考虑了传输延迟和发送延迟，并考虑了不同的丢包/错误概率来表征可靠性。我们表明，所需的发射功率变得无界时，允许的最大延迟小于信道相干时间。为了满足有限发射功率下的服务质量要求，引入了主动丢包机制，并优化了队列状态信息和信道状态信息相关的传输策略。由于传输的资源和策略以及丢包策略与分组错误概率、延迟违反概率和丢包概率有关，我们对这三种概率进行了优化，得到了与这些概率相关的策略。我们从单用户场景开始，然后将我们的框架扩展到多用户场景。仿真结果表明，优化后的三种概率在同一数量级。因此，我们在设计触觉互联网应用系统时必须考虑所有这些因素。
2016-10-10 cs.IT math.IT
Exploring the Interplay of Interference and Queues in Unlicensed Spectrum Bands for UAV Networks
本文提出分析框架研究非授权频段无人机网络中信号干扰与传输队列的相互作用，推导了基于信道衰落阈值$β$的数据包丢弃概率闭式表达式及总丢包率，揭示了其在平衡丢包与传输错误权衡中的作用。
2023-11-24 cs.IT eess.SP math.IT
On the Age of Information in Multi-Source Queueing Models
状态更新数据包的新鲜度对于实现目的地需要各种传感器的最新测量的服务至关重要。本文研究了先到先服务（FCFS）策略下单服务台多源排队模型的信息新鲜度问题。在所考虑的模型中，每个源独立地产生状态更新数据包根据泊松过程。每个源的状态更新的信息新鲜度通过信息的平均年龄（AoI）来评估。对于服务时间呈指数分布的情况，我们推导出平均AoI的精确表达式，即，多源M/M/1湍流模式。此外，我们推导出三个近似表达式的平均AoI的多源M/G/1模型具有一般的服务时间分布。仿真结果验证了推导出的精确平均AoI表达式，评估了所提出的近似的紧密性，并证明了不同系统参数的AoI行为。
2020-04-01 cs.IT math.IT
On Multiple-Access in Queue-Length Sensitive Systems
我们考虑传输的数据包长度敏感的不可靠的链接，其中数据包被随机损坏，通过一个嘈杂的信道，其转移概率调制的长度。我们的目标是描述该通道的容量。我们特别考虑多址接入系统，其中发射机在连续时间$GI_k/GI/1$队列叠加的系统上调度编码符号。服务器接收并处理具有长度相关噪声的到达顺序的符号。首先确定单用户信道长度相关信道的容量。此外，我们刻画了$GI/M/1$队列的最佳和最差调度过程和$M/GI/1$队列的最佳和最差服务过程。然后，使用点处理获得多址信道容量。当发射机数目较大且每个波达过程稀疏时，波达的叠加近似于泊松点过程。在泊松近似的特征，我们表明，多址系统的容量收敛到一个单用户$M/GI/1$的长度相关的系统，并获得了收敛速度的上界。这意味着在稀疏多路访问情况下，单用户$M/GI/1$队列的最佳和最差服务器行为都得到了保留。
2020-08-30 cs.IT math.IT
Optimal Cooperative Cognitive Relaying and Spectrum Access for an Energy Harvesting Cognitive Radio: Reinforcement Learning Approach
Qatar University（卡塔尔大学）；Nile University（尼罗河大学）
在本文中，我们考虑了认知环境下的合作通信的背景下，认知无线电（CR）用户被假定为网络的自组织中继。假设CR用户和PU是能量采集器。CR用户协作地中继主用户（PU）的一些未递送的分组。具体地，CR用户将未递送的主分组的一部分存储在中继队列（缓冲器）中。它使用时隙上的适当动作来管理未递送的主分组到其中继队列的流。此外，它具有在空闲时隙（PU的队列为空的时隙）选择用于信道接入的所用队列的决定。假设一个数据包传输消耗一个能量包。最优策略根据主用户和CR用户到达数据和能量队列的速率以及信道的连通性而变化。CR用户通过承担中继未递送的主分组的责任来为PU节省能量。随着时间的推移，它最佳地组织自己的能量包以最大化其收益。
2014-07-08 cs.IT cs.LG cs.NI
Joint Uplink and Downlink Resource Configuration for Ultra-reliable and Low-latency Communications
支持超可靠和低延迟通信（URLLC）是第五代蜂窝网络的主要目标之一。由于频谱使用效率始终是一个问题，需要大的带宽，以确保严格的服务质量（QoS），我们最大限度地减少总带宽下的URLLC的QoS约束。首先，我们提出了一个数据包传输机制URLLC。为了减少带宽需求以保证接入时延，我们考虑了一种统计复用接入模式，即将发送到不同设备的数据包在基站的同一个队列中等待，下行传输采用广播模式。以这种方式，在多个设备的分组之间共享下行链路带宽。在上行链路传输中，不同的子信道被分配给不同的设备以避免强干扰。然后，联合优化上下行带宽配置和时延分量，以最小化保证总体丢包和端到端时延所需的总带宽，其中包括上下行传输时延、中继时延和回程时延。我们提出了一个两步的方法来找到最优解。仿真和数值结果验证了我们的分析，并显示显着的性能增益，联合优化上行链路和下行链路配置。
2018-01-03 cs.IT math.IT
On the Age of Information in Single-Server Queues with Aged Updates
本文研究了单服务器队列中带老化更新的信息年龄问题，推导了平均信息年龄的表达式，并在不同依赖结构下建立了修正项的上下界。
2025-11-27 cs.IT math.IT math.PR
Batch latency analysis and phase transitions for a tandem of queues with exponentially distributed service times
我们分析的延迟或逗留时间L（m，n）的最后一个客户在一批客户到达第一个队列之前，队列处于平衡状态的设置中，从一个串联的m个队列中的第m个队列退出。我们首先刻画L（m，n）的分布正好为每一个m和n，假设队列有无限的缓冲区，每个服务器有客户独立的，指数分布的服务时间与任意的，已知的速率。然后，我们评估的前两个领先的顺序项的分布在大的m和n的限制，并带来尖锐的焦点相变的存在下，系统的行为。由于存在缓慢的瓶颈服务器或高外部到达率，会发生相变。我们确定的临界阈值的服务率和到达率，分别发生这种相变，事实证明，他们是相同的。这个临界阈值取决于，在某种程度上，我们明确表示，对个人的服务率，客户数量和队列的数量，但不是外部到达率。
2014-03-10 cs.IT math.IT math.PR
Optimizing Information Freshness Through Computation-Transmission Tradeoff and Queue Management in Edge Computing
边缘计算应用程序通常需要在源处对生成的数据进行预处理，然后传输到边缘服务器。在这种情况下，传输时间和预处理时间相结合，在它们之间进行权衡，以实现目标。本文提出了这样一个系统的分析，其目标是优化边缘服务器上接收到的数据的新鲜度。我们将该系统建模为两个串联的队列，其服务时间随时间独立，但传输服务时间单调依赖于平均计算服务时间。这种依赖性捕获了由于较低的卸载计算而导致的传输时间的自然减少。我们分析了各种队列管理方案在这个串联队列中的第一个队列有一个单一的服务器，泊松包到达，一般独立的服务，没有额外的缓冲区来保存传入的状态更新数据包。第二队列具有从第一队列接收分组的单个服务器，并且服务是无记忆的。我们考虑两种形式的第二个队列：（i）没有数据缓冲区和（ii）一个单位的数据缓冲区，最后来的先服务与丢弃。我们分析了各种非抢占以及抢占的情况下。我们进行平稳分布分析，并获得封闭形式的表达式平均年龄的信息（AoI）和平均峰值AoI。我们的数值结果说明了分析结果如何计算和传输时间可以权衡优化AoI，并揭示了平均AoI和平均峰值AoI之间的权衡。
2019-12-03 cs.IT cs.NI math.IT
Rate-Splitting Multiple Access with Finite Blocklength for Short-Packet and Low-Latency Downlink Communications
速率分割多址接入（RSMA）是一种新兴的灵活而强大的多天线下行链路多址接入方式。在本文中，我们将RSMA的概念引入短分组下行链路通信。我们设计了最佳的线性预编码器，最大限度地提高了有限块长度（FBL）的限制和速率。研究了RSMA在不同网络负载和用户部署情况下的总速率与块长度之间的关系。数值结果表明，RSMA可以实现与非正交多址（NOMA）和空分多址（SDMA）相同的传输速率，具有更短的块长度（因此更低的延迟），特别是在过载的多天线网络。因此，我们得出结论，RSMA是一个有前途的多路访问的低延迟通信。
2022-07-12 cs.IT math.IT
Resource Allocation for Low-Latency Vehicular Communications with Packet Retransmission
车载通信对安全关键信息传输具有严格的延迟要求。然而，由于高移动性而缺乏瞬时信道状态信息对满足这些要求提出了很大的挑战，并且当考虑分组重传时，情况变得更加复杂。本文仅基于可获得的大尺度衰落信道信息，进行频谱和功率分配，以最大化车辆到基础设施（V2I）链路的遍历容量，同时保证车辆到车辆（V2V）链路的延迟要求。首先，对于每一个可能的频谱复用对的V2I链路和V2V链路，我们得到了封闭形式的表达式的数据包的平均逗留时间（的逗留时间加上服务时间）的V2V链路。然后，一个最佳的功率分配推导出每个可能的频谱复用对。然后，我们通过解决一个多项式时间可解的二分匹配问题来优化频谱复用模式。数值结果表明，所提出的分析是准确的平均包逗留时间。此外，所开发的资源分配始终保证V2V链路对延迟的要求。
2018-08-15 cs.IT math.IT
Dynamic Power Control for Packets with Deadlines
无线设备需要根据波动的无线信道来调整其传输功率，以满足延迟敏感应用的约束。在本文中，我们考虑延迟敏感性的形式，严格的数据包的最后期限到达传输队列。在队列中错过截止日期的数据包将从系统中丢弃。我们的目标是在平均功率约束下最小化丢包率。我们利用李雅普诺夫优化工具，通过选择功率分配来找到近似解。我们评估所提出的算法的性能，并表明，它达到了相同的性能，在丢包率与最早的截止日期第一（EDF）时，可用功率是足够的。然而，我们的算法优于EDF关于丢包率和平均功耗之间的权衡。
2018-09-20 cs.IT cs.NI math.IT
Rate Adaptation and Latency in Heterogeneous IoT Networks
本文研究了时隙物联网（IoT）网络中速率自适应的效果。对于给定的时隙持续时间和分组大小，速率适配需要分组分段以适应时隙持续时间。考虑到底层流量的质量和时间分辨率，本文描述了物联网网络中传输速率和数据包延迟之间的权衡。利用随机几何和排队论的工具，一个新的数学框架，静态和动态速率自适应计划。结果表明，存在一个最佳的静态速率，使延迟最小化，这取决于网络参数。此外，动态速率被证明是弹性的网络参数的不同变化，而不牺牲数据包延迟。
2020-10-20 cs.IT math.IT
On the Stability of Random Multiple Access with Stochastic Energy Harvesting
在本文中，我们考虑的节点具有能量收集能力和电池存储收集的能量的随机访问。如果电池不空，每个节点尝试传输队列中的行首数据包。分组和能量到达队列和电池都建模为离散时间随机过程。本文的主要贡献是精确表征的稳定区域的数据包队列的能量收集率时，一对节点随机访问一个公共信道具有多包接收（MPR）能力。具有MPR能力的信道是无线信道建模的一般形式，其允许同时发送的分组的概率接收。在本文中得到的结果是相当普遍的情况下，无限的能量传输的碰撞信道和MPR能力的信道可以从我们的特殊情况下得出。此外，我们研究了电池的有限性对可实现的稳定区域的影响。
2012-11-01 cs.IT math.IT
Stability and Performance Issues of a Relay Assisted Multiple Access Scheme with MPR Capabilities
在这项工作中，我们研究的影响，中继节点的网络与有限数量的用户源和一个目的节点。我们假设用户有饱和的队列和中继节点没有自己的数据包，我们有随机访问的介质和时隙的时间。当到目的地节点的传输失败时，中继节点将其成功接收的源分组存储在其队列中。中继和目的节点具有多分组接收能力。我们得到的中继的队列，如平均队长，稳定性条件等特性的分析方程。我们还研究了每个用户的吞吐量和总吞吐量的网络。
2014-02-04 cs.IT cs.NI math.IT
Relay-assisted Multiple Access with Full-duplex Multi-Packet Reception
研究了随机接入多用户网络中全双工协作中继的效果。首先，我们模型的自干扰，由于全双工操作，假设多个数据包接收能力的中继和目的地节点。在源节点处的业务被认为是饱和的，并且没有其自己的分组的协作中继在到目的地的传输失败时将其成功接收的源分组存储在其队列中。我们得到的中继，如到达率和服务率，稳定性条件，平均队列长度的关键性能指标的解析表达式，作为传输概率的函数，自干扰系数，和链路的中断概率。此外，我们研究了中继节点和自干扰系数对每个用户和聚合吞吐量，以及每个数据包的平均延迟的影响。我们发现，完美的自干扰消除起着至关重要的作用时，SINR阈值很小，因为它可能会导致更差的性能相比，半双工的情况下，吞吐量和延迟。这是因为在某些条件下，完美的自干扰消除会导致中继处的不稳定队列。
2015-02-26 cs.IT cs.NI math.IT
Reliability and Latency Analysis of Sliding Network Coding With Re-Transmission
未来的网络有望通过无线链路支持各种超可靠的低延迟通信。滑动网络编码（SNC）是一种新兴的编码技术，它通过产生冗余数据包来避免数据包的丢失并保持低延迟，冗余数据包是当前块和先前块的原始数据包的线性组合。然而，如何利用SNC的重传仍然是一个悬而未决的问题，因为更高的可靠性可以实现在由往返时间（RTT）造成的大延迟的代价。为了解决这个问题，在本文中，我们考虑的想法，调整的传输相位和冗余数据包的SNC重传的数量。具体地，如果RTT很大，则在第一次传输时发送大部分冗余分组，否则，将使用重传。首先，我们推导出一个简洁和严格的下限的块错误概率SNC没有重传。然后，基于该界限，所提出的重传方案的理论表达式推导出关于块错误概率，平均码长，和平均分组延迟。实验结果表明，采用重传的SNC在保持低延迟的同时，提高了误块率。
2022-04-25 cs.IT math.IT
Distributed Federated Learning for Ultra-Reliable Low-Latency Vehicular Communications
研究了车载网络中超可靠低延迟通信（URLLC）的联合功率和资源分配（JPRA）问题。其中，在概率排队延迟方面具有高可靠性的情况下，车辆用户（VUE）的网络范围功耗被最小化。利用极值理论，定义了一种新的可靠性测度，用于描述车辆排队长度超过预定阈值的极端事件。为了学习这些极端事件，假设他们是独立和相同的分布在VUE，一种新的分布式方法的基础上联邦学习（FL）的队列长度估计的尾部分布。考虑到FL在无线链路上产生的通信延迟，使用李亚普诺夫优化来推导出以分布式方式为每个VUE启用URLLC的JPRA策略。提出的解决方案，然后验证通过广泛的模拟使用曼哈顿移动模型。仿真结果表明，FL使所提出的方法来估计队列的尾部分布的准确性，是接近一个集中式的解决方案，减少高达79%的交换数据量。此外，所提出的方法产生高达60%的VUE与大队列长度的减少，同时减少了两倍的平均功耗，相比，平均基于队列的基线。
2019-12-05 cs.IT math.IT
The MDS Queue: Analysing the Latency Performance of Erasure Codes
为了经济地扩展，数据中心越来越多地将其数据存储方法从使用简单的数据复制发展到使用更强大的擦除码，擦除码提供与复制相同的可靠性水平，但存储成本显著降低。特别地，众所周知，最大距离可分离（MDS）码，例如里德-所罗门码，提供最大存储效率。虽然在档案存储系统中使用代码来提供改进的可靠性是很好理解的，在档案存储系统中，数据被不太频繁地访问（或所谓的“冷数据”），但是代码在更频繁地访问和活动的“热数据”的存储中的作用不太清楚，在档案存储系统中，延迟是关键度量。本文从排队论的角度对基于MDS码的数据存储系统进行了研究，称之为“MDS排队”。“我们分析了MDS队列的（平均）延迟性能，为此我们提出了有见地的调度策略，这些策略形成了性能的上限和下限，并且被观察到非常严格。还提供了大量的模拟，并用于验证我们的理论分析。我们还采用MDS队列的框架来分析在分布式数据存储中执行所谓的降级读取（部分数据的读取）的不同方法。
2013-11-11 cs.IT cs.NI math.IT
Distributed Join-the-Idle-Queue for Low Latency Cloud Services
低延迟对于云服务来说是非常理想的。为了实现低响应时间，在跨越数千台服务器的大规模服务器群中，任务调度需要严格的时序要求。在本文中，我们进行了深入的分析，分布式加入空闲队列（JIQ），一个有前途的新的近似理想化的任务调度算法。特别是，我们推导出半封闭形式的分布式JIQ的延迟性能的表达式，我们提出了一个新的变种的分布式JIQ，提供了明显的优势，在大型系统的替代算法。
2017-09-28 cs.DC cs.IT cs.NI
Low-Latency Short-Packet Transmissions: Fixed Length or HARQ?
研究了在有限频率分集和无时间分集的前提下，在时延和可靠性约束下的短分组通信。解决的问题是，是否，以及何时，混合自动重传请求（HARQ）优于固定块长度的计划，没有反馈（FBL-NF）在这样的设置。我们推导出HARQ的可扩展性界，在有限数量的传输的假设下。该边界依赖于导频辅助传输来估计衰落信道和接收机处的缩放最近邻解码。我们比较我们的HARQ的可扩展性界限的最先进的FBL-NF通信的可扩展性界限，并表明，对于一个给定的延迟，可靠性，信息位数，和分集分支的数量，HARQ可能会显着优于FBL-NF。例如，对于1 ms的平均延迟、10^-3的目标错误概率、30个信息比特和3个分集分支，每个比特的能量增益约为4 dB。
2018-09-18 cs.IT math.IT
Energy-Delay Considerations in Coded Packet Flows
我们考虑一行终端连接的数据包擦除信道和随机线性网络编码进行传输之前，在每个节点。特别是，我们解决了一个在线的方法，其中每个终端都有本地的信息被传达到基站在线路的末端，并提供了一个嵌入式的理论分析这种情况下。首先，一个精灵辅助的情况下，被认为是平均延迟和平均传输能量依赖于链路删除概率和泊松到达率在每个节点进行了分析。假设所有节点不能同时发送和接收。网络中的发送节点在停止等待接收节点确认正确解码信息所需的自由度的数量（如果有的话）之前发送编码的数据分组。我们分析了这个问题的无限队列大小在终端，并表明，有一个最佳数量的编码数据包在每个节点，在平均完成时间或传输能量方面，要发送之前停止听。
2011-05-31 cs.IT math.IT
Age-Delay Tradeoffs in Queueing Systems
我们考虑一个M服务器系统，其中每个服务器可以在最多一个更新数据包的时间。系统设计者控制（1）调度-分组得到服务的顺序，（2）路由-到达的更新分组加入服务的服务器，以及（3）具有固定服务速率的服务时间分布。给定一个固定的更新生成过程中，我们证明了一个强大的年龄延迟和年龄延迟方差权衡，其中，作为平均AoI接近其最小值，数据包延迟及其方差接近无穷大。为了证明这一结果，我们考虑了M服务器系统的两种特殊情况，即具有抢占式服务的后来先服务器的单服务器系统和无限服务器系统。在这两种情况下，我们推导出充分的条件表明，三个重尾服务时间分布，即帕累托，对数正态分布，威布尔，渐近最小化的平均AoI作为他们的尾巴越来越重，并建立年龄延迟权衡结果。我们提供了一个直观的解释，为什么这样一个看似违反直觉的年龄延迟权衡是自然的，它应该存在于许多系统。
2019-11-11 cs.IT cs.NI math.IT
Covert Bits Through Queues
我们考虑在监狱长在场的情况下使用排队定时信道的隐蔽通信。使用分组的到达间隔时间对隐蔽消息进行编码，并且合法接收者和管理员观察分组从其各自队列的离开间隔时间。发送器和合法接收器还共享秘密密钥以促进隐蔽通信。我们提出了可实现的计划，获得非零的隐蔽率指数和一般队列时，一个足够高的速率秘密密钥。这与诸如高斯信道或离散无记忆信道的其它信道模型形成对比，在其它信道模型中，仅$\mathcal{O}(\sqrt{n})$隐蔽位可以通过$n$信道使用来发送，从而产生零隐蔽率。
2016-08-16 cs.CR cs.IT cs.NI
Trading Off Computation with Transmission in Status Update Systems
本文的动机是新兴的边缘计算应用程序，其中生成的数据在源处进行预处理，然后传输到边缘服务器。在这种情况下，通常在预处理量和要发送的数据量之间存在折衷。我们这样一个系统模型，考虑两个非抢占式队列串联的服务时间是独立的时间，但传输服务时间是依赖于计算服务时间的平均值。第一个队列是M/GI/1/1形式的，具有单服务器、无记忆指数到达、一般独立服务和没有额外的缓冲区来保存输入的状态更新数据包。第二队列是GI/M/1/2* 形式，具有从第一队列接收分组的单个服务器、无记忆服务和用于保存传入分组的单个数据缓冲器。另外，第一和第二队列的平均服务时间通过确定性单调函数而相关。我们在这个系统中进行平稳分布分析，并获得封闭形式的表达式平均年龄的信息（AoI）和平均峰值AoI。我们的数值结果说明了分析结果，并强调平均AoI和平均峰值AoI之间的权衡所产生的串联性质的依赖服务时间的系统。
2019-07-01 cs.IT cs.NI math.IT
On the tradeoff of average delay and average power for fading point-to-point links with monotone policies
我们考虑一个衰落的点对点链路，数据包到达随机率$λ$每时隙的发射机队列。我们假设发射机可以通过改变时隙的发射功率来控制在时隙中服务的分组的数量。我们限制到单调和固定的发射机调度策略，即，对于每个时隙衰落状态，所服务的分组的数量是时隙开始处的队列长度的非减函数。对于这样的政策，我们得到的数据包的最小平均延迟的渐近下界，当平均发射机功率是一个小的正数量$V$超过发射机队列稳定性所需的最小平均功率。我们表明，最小平均延迟增长到一个有限的值或作为$Ω\brap{\log(1/V)}$或$Ω\brap{1/V}$时，$V \downarrow 0$，对于某些组的值的$λ$。这些集合由衰落增益的分布、在时隙中可以发送的分组的最大数目、以及衰落增益的发送功率函数和所假设的发送分组的数目来确定。我们确定的情况下，上述行为的权衡不同，从先前考虑的近似模型，其中随机队列长度的过程被假定为演变的非负的实数线，和发射功率函数是严格凸的。我们还考虑了一个衰落的点对点链路，其中的发射机，除了控制服务的数据包的数量，也可以控制在每个时隙中允许的数据包的数量。我们的方法，它使用的固定概率分布的队列长度的界限，也导致了一个直观的解释的渐近行为的平均延迟的制度，其中$V \downarrow 0$。
2013-09-23 cs.IT cs.NI cs.PF
Learning Algorithms for Minimizing Queue Length Regret
MIT Lincoln Laboratory（麻省理工学院林肯实验室）；MIT Laboratory for Information and Decision Systems（麻省理工学院信息与决策系统实验室）
我们考虑一个系统组成的一个单一的发射机/接收机对和$N$通道，他们可以进行通信。数据包随机到达发送方的队列，等待成功发送到接收方。发射机可以一次在一个信道上尝试帧传输，其中每个帧包括一个分组（如果一个分组在队列中）。对于每个通道，尝试传输成功的概率未知。发射机的目标是快速识别最佳信道，以最小化队列中$T$时隙上的分组数量。为了分析系统性能，我们引入了队列长度遗憾，这是一个学习策略和控制器，知道率，先验的总队列长度之间的预期差异。设计传输策略的一种方法是应用文献中的算法来解决密切相关的随机多臂强盗问题。这些策略将集中于随着时间的推移最大化成功帧传输的数量。然而，我们发现，这些方法有$Ω(\log{T})$队列长度遗憾。另一方面，我们证明了存在一组基于队列长度的策略，可以获得顺序最优的$O(1)$队列长度遗憾。我们使用我们的理论分析，设计探试法，表现良好的模拟。
2020-05-14 cs.IT cs.LG cs.PF
Dynamic Power Allocation and User Scheduling for Power-Efficient and Low-Latency Communications
在本文中，我们提出了一个联合的动态功率控制和用户配对算法的功率效率和低延迟的混合多址接入系统。在混合多址接入系统中，用户配对确定发射机应该通过正交多址接入（OMA）还是非正交多址接入（NOMA）来服务于某个用户。提出的优化框架，最大限度地减少了长期的时间平均发射功率支出，同时减少了传输延迟，并满足时间平均数据速率的要求。该技术通过观察信道和队列状态信息，并通过适当的用户配对和功率分配来调整队列积压，以避免过多的排队延迟。此外，在所提出的算法中捕获用于确定给定用户链路的激活以及资源的灵活使用的用户调度。数据密集型仿真结果表明，该方案基于超可靠低延迟通信（URLLC）设计的短帧结构，保证了端到端延迟小于1 ms，具有高能效和高可靠性。
2018-06-29 cs.IT eess.SP math.IT
Minimizing the Age of Information in Wireless Networks with Stochastic Arrivals
我们考虑一个无线网络的基站服务多个流量流到不同的目的地。来自每个流的分组根据随机过程到达基站，并且在单独的（每个流）队列中排队。分组规则控制每个队列中的哪个分组可用于传输。基站在每个时间t决定哪个流服务于对应的目的地。调度决策的目标是保持目的地的信息最新。信息新鲜度由信息年龄（AoI）度量捕获。在本文中，我们推导出一个下界的AoI性能可实现的任何给定的网络下运行的任何搜索纪律。然后，我们考虑了三个常见的随机化规则，并在每个规则下分别设计了一个最优平稳随机化策略和一个最大权重策略。我们的方法使我们能够评估的综合影响的随机到达，排队纪律和调度政策的AOI。我们评估的AOI性能分析和使用模拟。数值结果表明，最大权策略的性能接近分析下限。
2019-05-16 cs.IT cs.NI math.IT
Zero-Error Capacity of $P$-ary Shift Channels and FIFO Queues
本文的研究对象是通信信道中的主要类型的噪声是符号移位，主要激励的例子是定时和比特移位信道。引入了两种信道模型，并通过显式构造最优码来确定它们的零差错容量和零差错检测容量。模型A可以非正式地描述如下：1）信息存储在$ n $-单元寄存器中，其中每个单元或者是空的或者包含$ P $可能类型之一的粒子，以及2）由于设备的缺陷，每个粒子可以随着时间从其原始位置移动几个单元。模型B是单服务器队列的抽象：1）发射机通过具有无限缓冲器和先进先出（FIFO）服务过程的排队系统发送来自$ P $元字母表的分组，以及2）每个分组由服务器处理随机数的时隙。更一般的模型，包括额外类型的噪声，粒子/包可以体验到的研究，因为这些问题的连续时间版本。
2017-09-10 cs.DM cs.IT math.IT
Delay Optimal Cross-Layer Scheduling Over Markov Channels with Power Constraint
我们考虑的情况下，功率受限的发射机提供随机到达的数据包到目的地的马尔可夫时变信道，并适应不同的传输功率，以保证成功的传输到每个信道状态。为了最小化每个数据包的预期平均传输延迟，我们制定了一个约束马尔可夫决策过程（CMDP）的问题。我们揭示了最优策略的长度阈值结构，即，当且仅当队列长度超过阈值时，发送端发送分组，并通过线性规划（LP）获得最优跨层调度策略。数值结果验证了所提出的策略的性能，并说明了在这种情况下的延迟功率权衡。
2020-09-28 cs.IT cs.NI math.IT
Transaction Capacity, Security and Latency in Blockchains
本文将区块链建模为指数延迟下的批量服务队列，分析 Nakamoto 共识的安全性延迟与可持续交易速率，并表明 Bitcoin 采用 k=7 确认可在同等安全下提升六倍性能。
2025-10-20 cs.CR cs.DC cs.DM
Optimal Spectrum Access for a Rechargeable Cognitive Radio User Based on Energy Buffer State
本文研究了一个可充电的次要用户（SU）共享频谱与一个主要用户（PU）插入到一个可靠的电源的最大吞吐量。SU维持有限的能量队列并从自然资源（例如，太阳能、风能和声学噪声。我们提出了一种概率访问策略的SU的基础上的数据包的数量在其能量队列。我们研究了衰落信道下能量到达率、每个能量包的能量数量以及能量队列的容量对SU吞吐量的影响。结果表明，所提出的接入策略可以提高SU的性能。
2014-09-03 cs.IT cs.NI math.IT
FLUID: Slack-based Low-latency Delivery
BitRipple, Inc.（比特涟漪有限公司）
提出FLUID协议，利用喷泉编码和接收端反馈，通过控制松弛参数ε在丢包网络中实现低延迟数据块传输，并保持与带宽最优ARQ的确定性接近。
2026-05-31 cs.IT cs.NI math.IT
Cooperative Cognitive Relaying with Ordered Cognitive Multiple Access
我们研究了一个认知无线电系统与两个次用户谁可以与主用户在中继其数据包的主接收机合作。除了它自己的队列之外，每个次要用户都有一个队列来保存没有被主要接收者正确接收的主要数据包。次要用户以一定的概率接受未接收的主要数据包，如果两个队列都非空，则从它们的队列中随机发送。这些概率被优化以扩展系统的最大稳定吞吐量区域。此外，我们建议一个次要的多址接入方案，其中一个次要用户感测信道从时隙的开始$τ$秒，如果发现信道是空闲的，则发送。另一次用户在时间段$[0,2τ]$内感测信道以检测主用户和排名第一的次用户的可能活动。如果可能，它在从时隙开始的$2τ$秒之后开始发送。它通过增加其传输速率来补偿延迟的传输，使得它在时隙期间仍然传输一个分组。我们展示了这种有序系统比传统随机接入系统的潜在优势。我们还展示了合作的好处，在提高网络的吞吐量。
2012-08-28 cs.IT cs.NI math.IT
On the Stability Region of Multi-Queue Multi-Server Queueing Systems with Stationary Channel Distribution
Department of Systems and Computer Engineering, Carleton University（卡尔顿大学系统计算机工程系）
本文针对具有平稳信道和分组到达过程的多队列多服务器排队系统，推导了系统稳定的充要条件，并刻画了稳定区域为多面体，显式给出了线性不等式的系数。
2011-12-06 cs.IT cs.SY eess.SY
When Semantic Communication Meets Queueing: Cross-Layer Latency and Task Fidelity Optimization
本文研究了在块瑞利衰落与加性高斯白噪声信道中进行语义图像传输，通过多任务语义自编码器联合重建图像和预测标签，优化跨层延迟与任务保真度。
2026-05-06 cs.AI cs.IT cs.LG
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
Semantic-Aware Neural Video Codec for Error-Resilient Low-Latency Transmission
Nokia Bell Labs（诺基亚贝尔实验室）
针对不可靠信道下的低延迟视频传输，提出基于DCVC-RT的语义感知多级神经编码方法，通过优先级数据包分配和抗差错熵模型，显著提升鲁棒性并保留任务相关视觉内容。
2026-09-16 cs.IT cs.LG cs.MM
