Wireless Networks for Mobile Edge Computing: Spatial Modeling and Latency Analysis (Extended version)
下一代无线网络将使用网络边缘的设备为用户提供无处不在的低延迟计算服务，称为移动边缘计算（MEC）。MEC的关键操作，移动计算卸载（MCO），是从用户卸载计算密集型任务。由于每个边缘设备包括接入点（AP）和计算机服务器（CS），因此MEC网络可以被分解为与CS网络（CSN）级联的无线电接入网络（RAN）。基于该架构，我们研究了网络约束的延迟性能，即在RAN覆盖和CSN稳定性的约束下的通信延迟（comm-latency）和计算延迟（comp-latency）。为此，空间随机网络建模具有随机节点分布，并行计算，非正交多路访问，和随机计算任务生成。在给定模型和网络约束条件的情况下，得到了通信延迟和压缩延迟与网络负载参数（移动台密度和任务生成率）和网络资源参数（带宽、AP/CS密度、CS计算率）的缩放定律。从本质上讲，分析涉及随机几何理论，并行计算和并行计算的相互作用。结合推导出的缩放定律，量化了时延、网络覆盖和网络稳定性之间的权衡。结果提供了有用的指南MEC网络供应和规划，避免级联RAN或CSN的性能瓶颈。
2018-05-30 cs.IT math.IT
Scaling Laws for Infrastructure Single and Multihop Wireless Networks in Wideband Regimes
随着毫米波段成为5G蜂窝网络的强有力候选者，下一代系统可能处于频谱丰富的独特位置。为了评估这一频谱的潜在价值，本文推导出缩放定律的每个移动下行链路的可行速率与大带宽和节点数，为基础设施单跳（ISH）和基础设施多跳（IMH）架构。它示出，对于这两种情况下，存在\emph{critical bandwidth scalings}以上增加带宽不再增加每个节点的可行速率。这些临界阈值与带宽完全一致，对于每种架构，网络从自由度受限过渡到功率受限。对于ISH，当每个基站的用户数量随着网络规模而增长时，该临界带宽阈值低于IMH。该结果表明，多跳传输对于在每个小区的用户数量不断增长的部署中充分利用大带宽自由度可能是必要的。
2014-04-28 cs.IT math.IT
Latency Fairness Optimization on Wireless Networks through Deep Reinforcement Learning
在本文中，我们提出了一种新的深度强化学习框架，以最大限度地提高用户的延迟公平性。为此，我们设计了一个新的版本的修改最大加权延迟优先（M-LWDF）算法，这是所谓的$β$ -M-LWDF，旨在满足用户公平性和平均延迟之间的适当平衡。这种平衡被定义为用户延迟的累积分布函数（CDF）上的可行区域，其允许识别不公平状态、可行公平状态和过度公平状态。仿真结果表明，我们提出的框架优于传统的资源分配技术的延迟公平性和平均延迟
2022-01-25 cs.IT math.IT
Wireless Channel Dynamics and Robustness for Ultra-Reliable Low-Latency Communications
交互式、沉浸式和关键应用需要超可靠的低延迟通信（URLLC）。为了构建能够支持这些应用的无线通信系统，理解无线介质的特性至关重要。虽然无线信道特性和动态特性已被广泛研究，但在低延迟和超可靠性的严格要求的背景下重新审视这些概念是很重要的。在本文中，我们提出了一种建模方法，从鲁棒控制到无线通信-无线信道特性给出了一个标称模型，我们允许一些量化的不确定性。我们提出了一些关键的“方向”，沿约束模型的不确定性，是相关的URLLC。对于标称模型，我们深入研究了无线信道特性，例如基于Jakes模型的空间和时间相关性。与文献中所声称的相反，我们发现标准的瑞利衰落过程是不带限的。这对渠道的可预测性具有重要意义。我们还发现，在合理的条件下，信道的空间相关性提供了一个衰落分布，这是不是太远离一个独立的空间衰落模型。此外，我们看看这些信道模型的影响，基于合作通信的系统。我们发现，虽然基于空间分集的技术是必要的，以打击衰落的不利影响，基于时间分集的技术是必要的，对未建模的错误是强大的。鲁棒URLLC系统需要在SNR裕度和时间/重复裕度两者下操作。
2018-06-22 cs.IT math.IT
Pinching Antennas-Assisted Low-Latency Federated Learning Over Multi-User Wireless Networks
York University（约克大学）
本文提出FedPASS框架，利用Pinching-antenna系统实现低延迟无线联邦学习，通过多目标优化减少训练延迟并提升准确率。
2026-03-09 cs.IT math.IT
Ultra-Reliable and Low-Latency Wireless Communication: Tail, Risk and Scale
确保5G无线网络及以后的超可靠和低延迟通信（URLLC）具有重要意义，目前正受到学术界和工业界的极大关注。在其核心，URLLC要求偏离预期的基于公用事业的网络设计方法，其中依赖于平均数量（例如，平均吞吐量、平均延迟和平均响应时间）不再是一种选择，而是必需的。相反，严重缺乏一个考虑延迟，可靠性，数据包大小，网络架构和拓扑（跨接入，边缘和核心）以及不确定性下决策的原则性和可扩展的框架。本文的首要目标是填补这一空白的第一步。为了实现这一愿景，在提供延迟和可靠性的定义之后，我们仔细研究了URLLC的各种推动因素及其固有的权衡。随后，我们将重点关注与超可靠和低延迟通信要求相关的大量技术和方法，以及它们在选定用例中的应用。这些结果为低延迟和高可靠性无线网络的设计提供了清晰的见解。
2018-08-23 cs.IT eess.SP math.IT
Rate Analysis of Ultra-Reliable Low-Latency Communications in Random Wireless Networks
在这封信中，我们分析了可实现的超可靠低延迟通信（URLLC）在随机建模的无线网络的速率。我们使用两个数学工具来正确地描述所考虑的系统：i）随机几何模型的空间位置的发射机在网络中，和ii）有限块长度分析，以反映短数据包的功能。利用这些工具，我们推导出一个积分形式的表达的解码错误概率的函数的目标速率，路径损耗指数，通信范围，密度，和信道编码长度。我们还得到了一个紧逼近的封闭形式。从分析结果的主要发现是，在URLLC中，增加信号干扰比（SIR）带来的速率性能的显着改善相比，增加信道编码长度。通过仿真，我们表明，分数频率复用通过减少相互干扰的量来提高区域频谱效率。
2019-10-30 cs.IT math.IT
Lattice-Based Analog Mappings for Low-Latency Wireless Sensor Networks
针对低时延WSN中空间相关模拟信息的SIMO MAC传输问题，提出基于格的模拟JSCC方案，推导兼顾格结构与空间相关性的MMSE译码器并采用球形译码简化搜索，在低时延约束下实现了更优的性能与可靠性。
2024-01-30 cs.IT math.IT
A Networked Multi-Agent System for Mobile Wireless Infrastructure on Demand
Universitat Pompeu Fabra（庞培法布拉大学）；Tampere University（坦佩雷大学）；Nokia（诺基亚公司）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Zoox（佐克斯公司）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；Universidad de la República（共和国大学）
针对部分场景无线连接不足的问题，提出可快速部署的无人机自组织网络系统，通过优化无人机位置与数据流路由满足按需QoS需求，经仿真与实实验证可拓展智能体作业范围、抗故障且支持复杂移动。
2024-09-16 cs.IT cs.RO math.IT
In a One-Bit Rush: Low-Latency Wireless Spectrum Monitoring with Binary Sensor Arrays
被认为是利用无线电传感器阵列的最小延迟检测随机无线源的存在。在每个传感器处的模数转换被限制为读取模拟接收信号的符号的约束下研究该问题。我们制定的数字信号处理任务作为一个简单的形式顺序假设检验。为了规避棘手的概率模型的多变量二进制阵列数据，减少模型表示的指数家庭结合对数似然比近似。这种方法使我们能够设计一个基于似然性的序贯检验，并分析其分析性能沿沃尔德的经典参数。在基于卫星的导航和同步系统的无线频谱监测的背景下，我们研究了可实现的处理延迟，其特征在于平均样本数，作为使用中的二进制传感器的函数。通过仿真验证了所讨论的低复杂度传感和决策技术的实际可行性和潜力。
2018-04-30 cs.IT eess.SP math.IT
Interference Mitigation for Ultrareliable Low-Latency Wireless Communication
本文提出了在工业自动化环境中提供超可靠低延迟无线通信的干扰缓解技术，其中从控制器到执行器的多个传输相互干扰。信道衰落和干扰是无线通信中的主要障碍。本文利用最近提出的"占领奶牛“协议，该协议通过分布式接收机之间的两跳协作通信策略有效地利用广播机会和空间分集来对抗深度衰落，但指出由于该协议避免了频分正交传输的干扰，因此在实现超可靠性所需的带宽方面不可扩展，当多个控制器同时与多个致动器通信时（类似于多小区网络的下行链路）。本文的主要观察是，在第一阶段的全频率复用，以及连续解码和干扰消除，可以显着提高该策略的性能。我们提出了两个协议，这取决于是否干扰消除或避免在第二阶段中实施，并表明，都优于占领牛在所需的带宽和功率方面实现超可靠性在实际值的发射功率。
2019-03-11 cs.IT math.IT
Communication and Consensus Co-Design for Distributed, Low-Latency and Reliable Wireless Systems
设计分布式、快速可靠的无线共识协议有助于实现关键任务的分散式系统，例如工业物联网（IIoT）中的机器人网络、救援任务中的无人机群等。然而，追求共识协议的低延迟和可靠性是一项具有挑战性的任务。与有线连接相比，无线连接可能更慢且更不可靠，因此该问题更加严重。为了解决这个问题，我们通过无线连接的镜头调查共识延迟和可靠性之间的基本关系，并为低延迟和可靠的去中心化系统共同设计通信和共识协议。具体来说，我们提出了一种新的通信效率的分布式共识协议，称为随机代表共识（R2C），并显示其有效性下的流言和广播通信协议。为此，我们推导出一个封闭形式的端到端（E2E）延迟表达式的R2C，保证了目标的可靠性，并将其与基线共识协议，称为全民公决共识（RC）。结果表明，与RC相比，R2C更快，与广播协议相比，与gossip协议相比，与广播协议共同设计时，R2C更可靠。
2020-05-25 cs.CR cs.IT cs.NI
Reliability and Latency Analysis for Wireless Communication Systems with a Secret-Key Budget
本文研究了带被动窃听者的无线通信系统中密钥预算的可靠性与延迟问题，通过分析密钥耗尽概率与传输延迟，揭示了系统参数对安全、可靠性与延迟联合性能的影响。
2024-01-12 cs.IT math.IT
Improved Capacity Scaling in Wireless Networks With Infrastructure
本文分析了基础设施支持的影响和好处，在提高吞吐量缩放网络中的$n$随机定位的无线节点。该基础设施使用多天线基站（BS），其中BS的数量和每个BS处的天线的数量可以相对于$n$以任意速率缩放。在该模型下，分析了密集网络和扩展网络的容量缩放定律。两个基于BS的路由方案首先介绍了在这项研究中：一个基础设施支持的单跳（ISH）路由协议与多址上行链路和广播下行链路和基础设施支持的多跳（IMH）路由协议。然后，他们可实现的吞吐量缩放进行了分析。这些计划进行了比较，对两个传统的计划没有BS：多跳（MH）传输和分层合作（HC）计划。结果表明，在密集的网络中实现了线性的吞吐量缩放，在没有BS的帮助的情况下。相比之下，所提出的基于BS的路由方案，可以在现实的网络条件下，在扩展网络的吞吐量缩放显着提高。增益来自这些基于BS的协议的以下优点。首先，如果基站的数量和天线的数量足够大，则与MH方案相比，在所提出的方案中可以有更多的节点同时发送。第二，通过提高长距离信噪比（SNR），接收信号功率可以大于HC的接收信号功率，从而在扩展网络下实现更好的吞吐量缩放。此外，通过推导相应的信息理论割集上界，它是在扩展网络下，四个计划IMH，ISH，MH和HC的组合是在所有操作制度的顺序最优。
2010-04-06 cs.IT math.IT
DMH-HARQ: Reliable and Open Latency-Constrained Wireless Transport Network
RPTU Kaiserslautern-Landau（莱布尼茨普法尔茨理工大学凯泽斯劳滕-兰道分校）；Tsinghua University（清华大学）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；NEC Laboratories Europe（欧洲NEC实验室）；Wuhan University（武汉大学）；German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI)（德国人工智能研究中心）
DMH-HARQ通过动态多跳混合ARQ策略提升无线传输网络的端到端可靠性，优于传统ARQ和静态HARQ方法。
2026-01-02 cs.IT math.IT
Decentralized Coded Caching in Wireless Networks: Trade-off between Storage and Latency
研究了雾无线接入网（F-RAN）的分布式编码缓存，其中两个边缘节点（EN）通过有限容量的前传链路连接到云服务器，为$K_r$用户的请求提供服务。我们认为所有的EN和用户都配备了缓存。提出了一种分散式内容放置，以在非高峰时段在每个网络节点独立地存储内容。在此基础上，我们设计了一个编码的交付计划，以提供用户的需求在高峰时段的目标下，最小化的归一化交付时间（NDT），这是指最坏的情况下交付延迟。最小无损检测的信息理论下限推导出任意数量的EN和用户。我们数值评估的分散计划的性能。此外，我们证明了一个特殊的情况下，当缓存只在EN的分散计划的近似最优性。
2017-01-25 cs.IT math.IT
Fundamental Latency Limits for D2D-Aided Content Delivery in Fog Wireless Networks
设备到设备（D2 D）通信可以通过减少网络基础设施中的业务来支持蜂窝系统的操作。在本文中，D2 D通信的好处进行了调查的背景下，雾无线接入网络（F-RAN），利用边缘缓存和前传连接的内容交付的目的。假设离线缓存、带外D2 D通信以及具有两个边缘节点和两个用户设备的F-RAN，提出了信息理论上最优的缓存和递送策略，其最小化高信噪比状态下的递送时间。递送时间考虑了由前传、下行链路和D2 D传输引起的延迟。所提出的最佳策略是基于一种新的计划，利用真正的干扰对齐的工具与接收机合作的X通道。提供了关于D2 D通信有益的制度的见解。
2018-04-04 cs.IT math.IT
On the Broadcast Latency in Finite Cooperative Wireless Networks
本文的目的是研究合作对系统延迟的影响，量化为将广播消息传递给所有预期接收器所需的重传次数。与现有的广播方案，节点之间的距离没有明确考虑的作品，我们研究小尺度衰落和传播路径损耗的联合效应。此外，我们研究合作的应用有限的网络，即当合作节点的数量是小的。随机几何和顺序统计量被用来开发分析模型，紧密配合非合作的情况下的仿真结果，并提供了一个合作设置的延迟下限。我们证明，即使是一个简单的洪水的情况下，合作广播实现显着降低系统延迟。
2013-06-18 cs.IT math.IT
Convergence-Latency-Aware Adaptive Modulation and Resource Allocation in RIS-Assisted Wireless Federated Learning
Broadband Access Network Laboratory, Shanghai Jiao Tong University（宽带接入网络实验室，上海交通大学）；School of Information Science and Engineering, Southeast University（信息科学与工程学院，东南大学）；Data61, CSIRO（数据61，联邦科学与工业研究组织）；Department of Electronic and Electrical Engineering, University College London（电子与电气工程系，伦敦大学学院）；School of Internet of Things Engineering, Jiangnan University（物联网工程学院，江南大学）
针对无线网络联邦学习中训练延迟和收敛性问题，考虑RIS辅助阻塞链路场景，通过刻画符号错误影响得出收敛上限，将联合收敛-延迟优化问题转化为MINLP问题，用低复杂度框架求解，实验表明该方案收敛快、准确率高。
2026-07-23 cs.AI cs.IT cs.LG
Delivery Time Minimization in Cache-Assisted Broadcast-Relay Wireless Networks with Imperfect CSI
下一代通信系统的新兴趋势是为网络边缘提供附加能力，诸如以高速缓存形式的存储资源，以减少文件递送延迟。为了研究这种技术对延迟的影响，我们研究了由一个中央基站，$M$缓存配备收发器和$K$接收器组成的缓存辅助广播中继无线网络的传输时间有限精度信道状态信息（CSI）。我们使用归一化的传递时间（NDT）来捕获文件传递中最坏情况下的每比特延迟。推导了NDT的上下界，以了解$K,M$、缓存容量和通道质量对NDT的影响。特别是，NDT最优的制度进行了确定和讨论。
2018-03-11 cs.IT math.IT
Exploiting Diversity for Ultra-Reliable and Low-Latency Wireless Control
本文介绍了一种用于工业控制系统的无线通信协议，该协议使用信道质量感知来动态地创建网络设备合作，并在瞬时信道条件差时帮助节点。为此，使用信道状态信息来识别具有强和弱信道条件的节点。我们表明，在网络中的强节点是最好的服务，在一个单跳传输与传输速率适应他们的瞬时信道条件。同时，利用剩余的时频资源为弱信道条件下的节点提供服务，采用两跳传输方式，在所有节点之间进行协作通信，以满足节点与控制器通信的目标可靠性。我们制定了可实现的多用户和多天线分集增益在低延迟制度，并提出了一个新的计划，利用这些需求，有利于可靠性和效率。因此，所提出的传输方案被称为自适应网络设备合作（ANDCoop），因为它能够自适应地分配合作资源，同时享受网络的多用户分集增益。我们制定的优化问题相关联的节点到每个组和两个组之间划分资源。数值解表明，显着改善的频谱效率和系统的可靠性相比，现有的计划在文献中。系统设计结合所提出的传输策略，从而可以减少未来的专用无线网络的基础设施成本。
2020-10-23 cs.IT math.IT
Towards Massive, Ultra-Reliable, and Low-Latency Wireless Communication with Short Packets
在高速无线系统的设计中的大多数最新进展是基于信息理论原理，该原理演示了如何有效地传输长数据分组。然而，即将到来的无线系统，特别是5G系统，将需要支持使用短分组的新型业务类型。例如，短分组表示由机器对机器（M2M）通信中涉及的传感器和其他设备生成的最常见的业务形式。此外，存在新兴应用，其中小分组被期望携带应当以低延迟和超高可靠性接收的关键信息。当前的无线系统没有被设计为支持短分组传输。例如，当前系统的设计依赖于元数据（控制信息）与实际信息有效载荷相比具有可忽略的大小的假设。因此，使用探试法传输元数据不影响整体系统性能。然而，当分组较短时，元数据可以具有与有效载荷相同的大小，并且用于传输元数据的常规方法可能是非常次优的。在这篇文章中，我们回顾了信息论的最新进展，它提供了管理短数据包传输的理论原则。然后，我们将这些原理应用于三个示例性场景（双向信道、下行链路广播信道和上行链路随机接入信道），从而示出当分组短时如何优化控制信息的传输。这些例子所带来的见解表明，新的原则是需要设计的无线协议支持短数据包。这些原则将对系统设计产生直接影响。
2016-03-01 cs.IT math.IT
Fundamental Tradeoff between Storage and Latency in Cache-Aided Wireless Interference Networks
本文研究了一般无线干扰网络中所有发射机和接收机都配备缓存的存储和延迟之间的基本权衡。该折衷由信息理论度量\emph{normalized delivery time}（NDT）表征，其是在由给定信道的自由度（DoF）指定的传输速率下的实际业务负载的最坏情况递送时间。我们得到一个可实现的上限和理论上的最小NDT的下限为任何数量的发射机，任何数量的接收机，和任何可行的缓存大小元组。我们表明，可实现的NDT是完全最佳的在某些缓存大小的区域，是在一个有界的乘法差距的理论下限在其他地区。在可扩展性分析中，我们首先提出了一种新的协作发送器/接收器编码缓存策略。它提供了自由调整文件分割率NDT最小化。然后，我们提出了一个交付策略，考虑干扰网络转换成一类新的合作X-组播信道。它利用本地缓存增益，编码多播增益，和发射机合作增益（通过干扰对齐和干扰抵消）机会主义。最后，通过求解线性规划问题得到可实现的无损检测。这项研究表明，在发送端和接收端的缓存，网络可以同时受益于流量负载的减少和传输速率的提高，从而有效地减少内容交付延迟。
2017-06-17 cs.IT math.IT
Wireless Channel Modeling Perspectives for Ultra-Reliable Low Latency Communications
超可靠低延迟通信（URLLC）是即将到来的5G无线通信的显著特征之一，可降低到$10^{-9}$的分组出错率（PER）。在本文中，我们讨论的统计特性的无线信道模型，是相关的表征下尾的累积分布函数（CDF）。我们表明，对于广泛的信道模型，在URLLC水平的中断概率可以近似由一个简单的幂律表达式，其指数和偏移取决于实际的信道模型。分析的主要见解可以总结如下：（1）两波模型和组合模型中阴影的影响导致URLLC区域中衰落的悲观预测;（2）包含单簇漫射分量的模型的CDF具有对应于瑞利衰落斜率的斜率，以及（3）多簇漫射分量可以导致不同的斜率。我们应用我们的幂律近似结果来分析接收机分集方案的性能URLLC相关的统计，并获得一个新的简化表达式的最大比合并（MRC）在信道中的幂律尾部统计。
2018-01-12 cs.IT cs.NI math.IT
Latency Analysis of Coded Computation Schemes over Wireless Networks
大规模分布式计算系统面临着两个主要的瓶颈，限制其可扩展性：离散延迟所造成的计算时间在不同的工作节点和通信瓶颈所造成的数据在网络中的许多节点洗牌。最近，它已被证明，代码可以提供克服这些瓶颈的显着收益。特别是，最佳的编码方案，以最大限度地减少线性函数的分布式计算的延迟和减轻的影响，提出了一个有线网络，其中的工人可以同时发送消息到一个主节点没有干扰。在本文中，我们专注于编码计算的问题，在一个无线的主-工人设置与离散的工人，只有一个工人可以传输其本地计算的结果回到主的时间。我们考虑3个渐近制度（由通信和计算时间如何与工人的数量缩放确定），并精确地描述了分布式算法的总运行时间和最佳编码策略在每个政权。特别是，对于制度的实际利益的分布式计算算法的计算和通信时间是可比的，我们表明，总的运行时间接近一个简单的下限，计算和通信，并证明编码方案比未编码的计划快$Θ(\log(n))$倍。
2017-06-30 cs.IT math.IT
Can Terahertz Provide High-Rate Reliable Low Latency Communications for Wireless VR?
无线虚拟现实（VR）提出了新的视觉和触觉要求，这些要求与VR用户的体验质量（QoE）直接相关。这些QoE要求只能通过提供高速率和高可靠性低延迟通信（HRLLC）的无线连接来满足，这与通常在普通超可靠低延迟通信场景中考虑的低速率不同。短距离VR的高速率只能由巨大的带宽来支持，这在太赫兹（THz）频带中可用。保证HRLLC需要处理THz信道特有的不确定性。为了探索THz满足HRLLC要求的潜力，通过端到端（E2 E）延迟尾部的新颖且严格的表征来量化不可靠VR性能的风险。然后，对tail-value-atrisk（TVaR）进行全面分析，以具体描述对实时VR体验至关重要的极端无线事件的行为。系统可靠性的情况下，有保证的视线（LoS），然后推导出一个新的表达后，太赫兹网络参数的太赫兹传输延迟的概率分布函数的函数。数值结果表明，充分的带宽和低的分子吸收是必要的，以提高可靠性。然而，与LoS的可用性相比，它们的效果仍然是次要的，这显著影响了THz HRLLC的性能。特别地，对于具有保证的LoS的场景，当考虑阻塞时，对于15 GHz的带宽以及18.3 Gbps的数据率，THz网络（以1 THz的频率操作）可以实现99.999%的可靠性（E2 E延迟阈值为20 ms），相比之下，对于两倍的带宽，可靠性为96%。
2021-03-24 cs.IT math.IT
Wireless Access for Ultra-Reliable Low-Latency Communication (URLLC): Principles and Building Blocks
超可靠低延迟通信（URLLC）是5G带来的一项重要新功能，有可能支持大量依赖关键任务链路的应用程序。在这篇文章中，我们首先讨论的原则，支持URLLC的角度来看，传统的假设和模型应用在通信/信息论。然后，我们将讨论如何将这些原则应用于系统设计的各个要素，如使用各种多样性的来源，设计的数据包和访问协议。重要的信息是需要优化信令信息的传输，以及需要精益使用各种多样性源。
2017-12-20 cs.IT cs.NI math.IT
Fog-Aided Wireless Networks for Content Delivery: Fundamental Latency Trade-Offs
研究了一种雾辅助无线网络架构，其中边缘节点（EN），如基站，通过专用的前传链路连接到云处理器，同时也被赋予缓存。云处理使得能够在EN处集中实现协作传输策略，尽管代价是由于前传传输而增加的延迟。相比之下，在EN处对流行内容的主动缓存允许缓存文件的低延迟交付，但是通常具有在EN之间的合作传输的有限机会。云处理和边缘缓存之间的相互作用从信息理论的观点通过调查高信噪比（SNR）度量的基本限制来解决，称为归一化交付时间（NDT），其捕获用于将任何所请求的内容递送到用户的最坏情况的编码等待时间。NDT定义的假设下，无论是串行或流水线的前传边缘传输，并作为一个函数的前传和缓存容量的限制进行了研究。提出了跨前传和无线或边缘段的放置和交付策略，目的是最大限度地减少NDT。NDT的信息理论下限也来自。可扩展性参数和下限被用来描述最小NDT在一些重要的特殊情况下，包括没有缓存能力的系统，以及证明所提出的方案实现最优性在一个常数乘因子2的所有值的问题参数。
2019-12-18 cs.IT cs.NI math.IT
Ultra Dense Networks: The New Wireless Frontier for Enabling 5G Access
未来的无线网络预计将适应极端的流量负载，需要重新考虑系统设计。初步估计表明，与基于频谱效率改进的前几代蜂窝的演进路径不同，未来系统性能的最大收益将通过网络基础设施致密化来获得。通过增加运营商部署的基础设施元件的密度，以及结合用户部署的接入节点和充当“基础设施生产者”的移动用户设备，预期具有一个或多个接入节点专门专用于每个用户将变得可行，从而引入超密集网络（UDN）范例。虽然很明显，UDN能够利用由邻近传输和系统资源的增加的空间重用提供的显著益处，但同时，大节点密度和不规则部署引入了新的挑战，这主要是由于与先前蜂窝部署大不相同的干扰环境特性。本文试图就与UDN部署相关的基本问题提供见解，例如确定支持给定流量负载要求所需的基础设施密度以及网络协调的好处，展示UDN在5G无线网络中的潜力。
2015-10-20 cs.IT cs.NI math.IT
On the Performance of Short Binary BCH Codes for Ultra-Low Latency Wireless Communications
针对6G等超低时延高可靠通信场景，本文对比了短码长下采用1阶OSD的eBCH码与采用SCLD-CRC的极化码，证明在复杂度相当的前提下，64和128比特eBCH码误比特率更低，是低时延通信的有力候选。
2025-01-14 cs.IT math.IT
On the Communication Latency of Wireless Decentralized Learning
Intel Labs（英特尔实验室）
我们考虑一个无线网络，包括$n$节点位于半径$R$，这是参与一个分散的学习算法，以优化全局目标函数使用其本地数据集的圆形区域内。为了实现网络中的梯度交换，我们假设每个节点只与一组相邻节点通信，这些节点在其自身的距离$R n^{-β}$内，其中$β\in(0,\frac{1}{2})$。我们使用网络信息论和随机几何图论的工具，以表明在整个网络的所有链路上的单轮交换梯度的通信延迟的规模为$\mathcal{O}\left(\frac{n^{2-3β}}{β\log n}\right)$，增加（以不同的速率）与节点的数量和梯度交换阈值距离。
2020-02-10 cs.IT cs.LG math.IT
Beyond 5G with UAVs: Foundations of a 3D Wireless Cellular Network
在本文中，三维（3D）蜂窝网络，集成无人机基站（drone-BS）和蜂窝连接的无人机用户（drone-UE）的一个新的概念，介绍。对于这种新的3D蜂窝架构，提出了用于无人机BS的网络规划以及无人机UE的延迟最小小区关联的新框架。对于网络规划，提出了一种基于截顶八面体形状的概念的用于无人机BS的部署的易处理方法，该方法以最少数量的无人机BS确保给定空间的完全覆盖。此外，在这样的3D无线网络的频率规划的特点，一个可行的整数频率复用因子的解析表达式推导。随后，开发了最佳3D小区关联方案，考虑到传输、计算和回程延迟，无人机UE的延迟被最小化。为此，首先，使用核密度估计方法估计无人机UE的空间分布，并且使用交叉验证方法获得估计器的参数。然后，根据无人机-UE的空间分布和无人机-BS的位置，通过利用来自最优传输理论的工具来导出用于无人机-UE的延迟最小的3D小区关联。仿真结果表明，所提出的方法相比，使用信号与干扰加噪声比（SINR）标准的经典小区关联方法减少了无人机UE的延迟。特别是，所提出的方法产生了高达46%的平均延迟相比，基于SINR的关联减少。结果还表明，所提出的延迟最优小区关联提高了无人机的3D无线蜂窝网络的频谱效率。
2018-11-02 cs.IT math.IT
Dynamic Quality-Latency Aware Routing for LLM Inference in Wireless Edge-Device Networks
Cooperative Medianet Innovation Center, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China（上海交通大学 Cooperative Medianet Innovation Center）；Department of Broadband Communication, Pengcheng Laboratory, Shenzhen 518000, China（鹏城实验室宽带通信系）；Future Network of Intelligence Institute (FNii), CUHK (Shenzhen), Shenzhen 518172, China（CUHK（深圳）未来网络智能研究所）
本文提出一种动态质量-时延感知路由框架，在端侧轻量模型与边缘大模型间智能调度LLM推理，通过语义评分与上下文代价建模，在保持推理质量的同时降低5-15%时延并减少10-20%大模型调用。
2025-08-15 cs.AI cs.IT cs.LG
Low-Latency Multiuser Two-Way Wireless Relaying for Spectral and Energy Efficiencies
本文考虑了两种可能的方法，使多对用户交换信息，通过多个多天线中继在一个时隙内，以节省通信带宽的低延迟通信。第一种方法是为用户和中继部署全双工器，以使其同时发送和接收信号成为可能。在第二种方法中，用户使用时隙的一部分来向中继发送他们的信息，并且中继使用时隙的剩余互补部分来向用户发送波束成形信号。双工器中固有的环路自干扰和第一种方法中的全双工用户间干扰在第二种方法中不存在。在这两种方法下，联合用户的功率分配和中继的波束形成器，以优化用户的信息交换或最大化的能量效率受到用户的服务质量（QoS）的交换信息吞吐量阈值方面导致复杂的非凸优化问题。路径跟踪算法的计算解决方案。所提供的数值例子显示了第二种方法的优势，第一种方法。
2017-12-11 cs.IT math.IT
Wireless Secrecy in Cellular Systems with Infrastructure--Aided Cooperation
在蜂窝系统中，可以通过经由并发下行链路传输的调度来创建有意干扰来确保上行链路传输相对于窃听终端的机密性。在本文中，这一基本思想是探索从信息理论的角度来看，通过集中在两个小区的情况下，所涉及的基站连接通过一个有限容量的骨干链路。许多传输策略被认为是旨在提高上行链路的保密性下的下行链路速率，作为干扰信号的约束。这些策略的不同之处主要在于协作下行链路到上行链路操作的基站利用骨干链路的方式。高斯（unfaded）和衰落的情况下，在不同的假设下，在不同的节点上的信道状态信息的可扩展速率。数值结果也证实了分析。总体而言，分析表明，调度和基站合作的组合是一种很有前途的手段，以提高蜂窝系统中的传输机密性。
2008-05-03 cs.CR cs.IT math.IT
Latency Optimization for Wireless Federated Learning in Multihop Networks
ECE Department, University of Alabama in Huntsville（阿拉巴马大学亨茨维尔分校电子与计算机工程系）；VinUniversity（文大学）
针对多跳无线联邦学习的时延最小化问题，提出PAFL框架与结合能量收集的联合优化算法，实现最高69.37%的时延降低。
2025-06-08 cs.AI cs.IT cs.NI
On the Latency, Rate and Reliability Tradeoff in Wireless Networked Control Systems for IIoT
本文针对IIoT中WNCS现有通信模型过于简化的问题，采用精细化通信模型推导了系统稳定域与充要条件，给出了平均代价函数的紧上下界，为最优参数设计提供了理论依据。
2020-07-01 cs.IT cs.SY eess.SY
Age of Information in a SWIPT and URLLC enabled Wireless Communications System
本文估计的新鲜度的信息在无线中继通信系统，采用同时无线信息和功率传输（SWIPT）超可靠低延迟通信（URLLC）的约束下操作。信息年龄（AoI）度量计算当前时间与接收器接收的最近更新的时间戳之间的时间差，在此用于估计信息的新鲜度。短分组通信方案用于满足所提出的无线网络的可靠性和延迟要求，并使用有限块长度理论分析其性能。此外，通过利用新的近似方法，所提出的系统的平均AoI（AAoI）的表达式推导。最后，数值分析用于评估和验证推导的结果。
2022-11-18 cs.IT math.IT
Low-latency Ultra Reliable 5G Communications: Finite-Blocklength Bounds and Coding Schemes
未来的自主系统需要能够支持对延迟和可靠性的极其严格的要求的无线连接。在本文中，我们利用有限块长度信息论领域的最新发展，以说明如何优化设计的无线系统中存在这样严格的约束。专注于一个多天线瑞利块衰落信道，我们得到的最大数量的比特，可以在给定的带宽，延迟和可靠性的限制，使用类似于LTE的正交频分复用系统进行传输的界限。这些界限揭示了延迟、带宽、速率和可靠性之间的基本相互作用。此外，他们建议如何最佳地使用可用的空间和频率分集。最后，我们使用我们的界限基准的实际编码方案，涉及短数据包的传输性能。
2016-11-26 cs.IT math.IT
A 3-D Spatial Model for In-building Wireless Networks with Correlated Shadowing
考虑三维空间中的正交平面，表示大型建筑物中的地板和墙壁。这些平面将空间划分为部署无线基础设施的房间。本文的重点是通过一组墙壁和地板的无线基础设施创建的相关阴影场的分析。当飞机和无线节点的位置是由泊松过程，我们得到一个简单的随机模型，捕捉节点部署和房间大小的非均匀性。这个模型，我们建议称之为泊松建设，捕捉复杂的建筑物内阴影的相关性，是可扩展的维度的数量，是易于处理的网络性能分析。它允许在无限和有限建筑物中的干扰分布的精确数学表征，这进一步导致建筑物内蜂窝网络中的覆盖概率和建筑物内CD2D传输的成功概率的封闭形式的表达式。
2016-03-23 cs.IT math.IT
Integrated Millimeter Wave and Sub-6 GHz Wireless Networks: A Roadmap for Joint Mobile Broadband and Ultra-Reliable Low-Latency Communications
下一代无线网络必须通过跨越增强型移动宽带（eMBB）的广泛无线服务以及超可靠低延迟通信（URLLC）来实现增强现实和联网自动驾驶汽车等新兴技术。由于频谱稀缺，仅依赖于稀缺的低于6 GHz的微波（$μ$ W）频段的现有无线系统将不能满足未来无线服务的这种严格和混合的服务要求。同时，在高频毫米波（mmWave）频带下操作被视为有吸引力的解决方案，这主要是由于大规模多天线通信的带宽可用性和可能性。然而，毫米波通信由于其对阻塞、高路径损耗和信道不确定性的敏感性而固有地不可靠。因此，为了提供URLLC和高速无线接入，期望将$μ$ W网络的可靠性与毫米波网络的高容量无缝集成。为此，本文介绍了\emph{integrated mmWave-$μ$W}通信的第一个综合教程。这种设想的集成设计将使无线网络能够实现URLLC以及eMBB，这是通过利用两个世界中的最佳世界来实现的：$μ$ W波段的可靠远程通信和毫米波频率的定向高速通信。为了实现这一目标，讨论了关键的解决方案概念，包括无线电接口的新架构、URLLC感知帧结构和资源分配方法以及移动性管理，以实现集成毫米波- $μ$ W通信的潜力。讨论了每种方案的机遇和挑战，并给出了关键结果，以显示所开发的集成毫米波- $μ$ W框架的优点。
2018-10-30 cs.IT cs.NI eess.SP
When Wires Can't Keep Up: Reconfigurable AI Data Centers Empowered by Terahertz Wireless Communications
本文提出利用太赫兹无线通信构建可重构AI数据中心，通过超宽带容量、低延迟和高能效，解决传统有线互连在AI数据中心中的瓶颈问题。
2026-01-01 cs.IT math.IT
Wireless Quantization Index Modulation: Enabling Communication Through Existing Signals
随着物联网设备的数量继续呈指数级增长并使无线频谱饱和，迫切需要额外的频谱来支持大型无线设备网络。在过去的几年里，已经提出了许多有前途的解决方案，但它们都受到新基础设施成本、设置和维护的缺点，或者由于FCC法规而难以实施。在本文中，我们提出了一种新的无线量化索引调制（QIM）技术，该技术使用现有的基础设施将信息嵌入到现有的无线信号中，以与物联网设备进行通信，对原始信号的影响可以忽略不计，并且频谱开销为零。我们探索无线QIM的设计空间，并评估在不同条件下在电视，FM和AM无线电广播信号中嵌入信息的性能。我们证明，我们可以嵌入消息高达8-200~kbps的原始FM，AM和电视信号的音频和视频质量分别可以忽略不计的影响。
2018-04-25 cs.IT cs.NI math.IT
Energy-Efficient Edge-Facilitated Wireless Collaborative Computing using Map-Reduce
在这项工作中，共享公共接入点的一组异构无线设备协作执行一组任务。使用Map-Reduce分布式计算框架，任务在节点之间进行优化分配，目标是在满足延迟约束的同时最小化节点的总能耗。导出的最优协同计算方案既考虑了节点的计算能力，又考虑了它们的通信链路的强度。数值模拟说明了所提出的最佳协作计算方案的好处，在一个盲目的协作计算方案和非协作的情况下，无论是在节能和可实现的延迟。所提出的最佳方案还表现出允许以能量换取延迟的有趣特征，反之亦然。
2019-03-06 cs.DC cs.IT eess.SP
CSGO: Generalized Optimization for Cold Start in Wireless Collaborative Edge LLM Systems
针对无线协作边缘大语言模型推理中的冷启动延迟问题，本文提出延迟感知调度框架CSGO，通过重叠模型加载与计算通信，并用动态规划优化层划分和设备分配，显著降低冷启动延迟。
2025-08-15 cs.AI cs.IT cs.LG
Joint Device Scheduling and Resource Allocation for Latency Constrained Wireless Federated Learning
Hitachi (China) Research & Development Cooperation（日立（中国）研发有限公司）
在联邦学习（FL）中，设备通过经由无线信道上传其本地模型更新来为全局训练做出贡献。由于有限的计算和通信资源，设备调度对FL的收敛速度至关重要。在本文中，我们提出了一种联合设备调度和资源分配策略，以在给定的总训练时间预算内最大化延迟受限的无线FL的模型精度。训练性能损失的倒数的下限，根据训练轮的数量和每轮调度的设备的数量，导出。在此基础上，将精度最大化问题分解为两个子问题进行求解。首先，给定被调度的设备，最优带宽分配建议将更多带宽分配给具有较差信道条件或较弱计算能力的设备。然后，引入贪婪设备调度算法，在每一步中选择消耗最少更新时间的设备，直到最优带宽分配的下限开始增加，这意味着调度更多的设备会降低模型的准确性。实验结果表明，该策略优于国家的最先进的调度策略下，广泛的数据分布和细胞半径的设置。
2020-07-14 cs.IT cs.LG cs.NI
A Statistical Learning Approach to Ultra-Reliable Low Latency Communication
任务关键型应用程序需要超可靠低延迟（URLLC）无线连接，其中数据包错误率（PER）降至$10^{-9}$。只有在与URLLC系统运行的统计模型相关时，粗体可靠性数字的实现才有意义。然而，该模型通常是未知的，并且需要通过对无线环境进行采样来学习。在本文中，我们处理这个基本问题，在最简单的通信理论设置：选择一个动态的无线信道的传输速率，以保证高传输可靠性。我们介绍了一种新的统计框架的设计和评估URLLC系统，包括三个关键组成部分：（i）信道模型选择;（ii）学习模型使用训练;（3）选择传输速率，以满足所需的可靠性。由于仅通过PER来指定URLLC要求是不够的，因此引入了两种类型的统计约束，平均可靠性（AR）和可能正确可靠性（PCR）。分析和评估表明，适当的模型选择和学习是必不可少的设计一致的物理层，渐近的行为，如果信道是完全已知的，同时保持URLLC系统的可靠性要求。
2018-09-14 cs.IT math.IT
Toward Energy-Efficient 5G Wireless Communications Technologies
无线网络的密集化和扩展对能源效率提出了新的挑战。随着基础设施节点的急剧增加（例如，小型小区的超密集部署），总能耗可能容易超过可接受的水平。虽然大多数研究集中在天线辐射的能量上，但总能量预算的较大部分实际上由硬件消耗（例如，冷却器和电路能耗）。因此，关闭基础设施节点（或其部分）或根据流量调整传输策略的能力将成为未来无线架构的重要设计方面。网络基础设施应被视为可以按需占用或释放的资源。然而，这种系统的建模和优化是复杂的有源节点之间的潜在干扰耦合。在这篇文章中，我们对这个问题的不同方面进行了概述。我们展示了如何利用交通模式的先验知识进行优化。然后，我们讨论了干涉函数的框架，它已被证明是一个有用的工具，在文献中的各种类型的耦合系统。最后，我们介绍了不同类别的算法，其目标是通过适应网络配置的流量负载来提高能源效率。
2014-08-27 cs.IT cs.NI math.IT
Analysis of the Decoupled Access for Downlink and Uplink in Wireless Heterogeneous Networks
无线蜂窝网络向异构基础设施演进，其特征在于多种类型的基站（BS），诸如毫微微BS（FBS）和宏BS（MBS）。无线设备观察多个点（BS），无线设备可以通过多个点接入基础设施，并且无线设备可以选择从一个BS接收下行链路（DL）业务并且通过另一BS发送上行链路（UL）业务。这种情况被称为解耦DL/UL接入。使用随机几何的框架，我们推导出DL/UL的关联概率。为了最大化平均接收功率，随着FBS的相对密度最初增加，大部分设备选择解耦接入，即在DL中从MBS接收并且在UL中通过FBS发送。我们分析了这种类型的关联在系统中的平均吞吐量的影响。
2014-10-21 cs.IT cs.NI math.IT
Reliability and Error Burst Length Analysis of Wireless Multi-Connectivity
多连接提供了多个接口的多样性，通过这些接口可以发送数据，从而同时提高了整体可靠性和延迟。这使得接口多样性成为支持超可靠低延迟通信（URLLC）的自然候选者。这项工作研究如何从不同的接口的数据包错误统计影响整体的可靠性延迟特性。我们使用简单的Gilbert-Elliott突发错误模型，并根据几天来收集的LTE和{Wi-Fi}数据包传输的实验测量轨迹估计其参数。结果表明，使用包括至少一个{Wi-Fi}接口的接口分集配置在某种程度上令人惊讶地导致在分组成功和错误突发持续时间方面的优异结果，因为Wi-Fi通常不如LTE可靠。另一个有趣的发现是，基于{Wi-Fi}的接口多样性配置甚至优于超可靠的单链路。
2019-09-09 cs.IT cs.NI math.IT
Physical Layer Security for Ultra-Reliable and Low-Latency Communications
超可靠和低延迟通信（URLLC）是将由下一代无线网络提供的一类服务。出于对此类网络中安全问题的日益关注，本文重点讨论URLLC环境中的物理层安全（PLS）。PLS技术主要使用基于无线介质的固有随机性的传输设计来实现保密性。因此，PLS具有较低的复杂性，并且比传统密码学引起更少的延迟。在这篇文章中，我们首先介绍了适当的性能指标评估PLS在URLLC，说明延迟，可靠性和安全性之间的权衡。然后，我们确定了实现PLS URLLC的关键挑战性问题，并讨论了信道状态信息可以提供潜在的解决方案，这些问题的作用。最后，我们提出了我们的建议，在这一新兴领域的未来研究方向。
2019-06-20 cs.CR cs.IT math.IT
Trajectory Design for Energy Minimization in UAV-enabled Wireless Communications with Latency Constraints
本文研究了节能的无人机（UAV）使能无线通信，其中UAV充当飞行基站（BS）以在某些预定延迟约束内为地面用户（GU）服务，例如，请求超时（RT）。我们的目标是设计无人机的轨迹，以最大限度地减少总的能量消耗，同时满足RT的要求和能源预算，这是通过联合优化的轨迹和无人机的速度沿后续跳。相应的优化问题是很难解决，由于其非凸性和组合性质。为了克服这个困难，我们通过两个连续的步骤来解决原始问题。首先，我们提出了两种算法，即启发式搜索，和动态规划（DP），以获得一个可行的轨迹集，而不违反GU的RT要求的基础上旅行商问题的时间窗口（TSPTW）。然后，他们进行了比较，穷举搜索和旅行商问题（TSP）作为参考方法。穷举算法以较高的计算代价获得最佳性能，而启发式算法以较低的复杂度表现出较差的性能。因此，DP被提出作为一个实际的折衷之间的穷举和启发式算法。具体地，DP算法以低得多的复杂度产生接近最佳的性能。其次，对于给定的可行轨迹，我们提出了一个能量最小化问题，通过联合优化的无人机的速度沿后续跳。最后，数值结果表明我们提出的算法的有效性。...
2020-06-15 cs.IT eess.SP math.IT
Delay Performance of Multi-Antenna Multicasting in Wireless Networks
由于关键任务物联网（IoT）应用和以内容为中心的服务的出现，低延迟通信目前正引起人们的极大关注。深入了解延迟性能对于高效的无线系统设计和端到端延迟保证至关重要。在本文中，我们研究了物理层多天线多播的网络层性能，即，当相同的数据被同时传送给多个用户时。我们提供了一个统计特性的服务过程中的梅林变换，并获得概率延迟界限使用工具随机网络演算。此外，利用极值理论，我们的服务过程中，非常大的用户数量的特点，并推导出缩放定律的天线和/或用户的数量被带到无穷大。我们的研究结果可用于系统尺寸，以保证在无线多播网络的延迟要求。
2018-06-04 cs.IT cs.NI math.IT
Age of Information in an URLLC-enabled Decode-and-Forward Wireless Communication System
信息时代（AoI）衡量关键任务物联网（IoT）应用中数据的新鲜度，即，工业互联网，智能交通系统等。在本文中，提出了一种新的系统模型，估计平均AoI（AAoI）的超可靠低延迟通信（URLLC）使能的无线通信系统的解码和转发中继方案在准静态瑞利块衰落信道。短分组通信方案用于满足所提出的无线网络的可靠性和延迟要求。运用有限块长信息论、排队论和随机过程理论，得到了AAoI的封闭表达式。最后，系统参数的影响，如更新生成速率，块长度和块长度分配因子的AAoI进行了研究。数值计算结果验证了上述结论的正确性。
2021-04-19 cs.IT cs.NI math.IT
