Age Dispersion and Higher-Order AoI in Status Update Systems
Tennessee Tech University（田纳西科技大学）；Rutgers University（罗格斯大学）；Linköping University（林雪平大学）；University of California（加利福尼亚大学）
该研究定义了状态更新系统的年龄离散度及k阶扩展，分析了M/G/1/1排队系统中的年龄离散度，并建立了其与k阶年龄信息的关联。
2026-08-04 cs.IT math.IT
Minimizing the Age of Incorrect Information for Real-time Tracking of Markov Remote Sources
最近引入了错误信息年龄（AoII）以解决标准信息年龄度量（AoI）在实时的【形】监测应用中的缺点。在本文中，我们考虑的问题，根据马尔可夫过程演变的远程源的状态监测。中央调度器在每个时隙选择哪些源应该以最小化不正确信息的平均年龄（MAoII）的方式发送其更新。问题的困难在于调度器在接收更新之前无法知道源的状态，然后必须最佳地平衡开发-探索权衡。我们表明，该问题可以建模为部分可观测马尔可夫决策过程问题的框架。我们开发了一个新的调度方案的基础上Whittle的索引政策。调度决策是通过更新源的状态的置信值来做出的，据我们所知，这在信息时代领域中还没有被考虑过。在这种程度上，我们继续使用拉格朗日松弛方法，并证明了对偶问题有一个最佳的阈值政策。在此基础上，我们证明了这个问题是可索引的，并计算了惠特尔指数的表达式。最后，我们提供了一些数值结果来突出我们的衍生政策相比，经典的AoI度量的性能。
2021-02-05 cs.IT math.IT
A Decentralized Policy for Minimization of Age of Incorrect Information in Slotted ALOHA Systems
不正确信息的年龄（AoII）是可以将物联网（IoT）网络中的网关可用的信息的新鲜度与该信息的准确性相结合的度量。因此，最小化AoII可以允许物联网系统的运营商对部署传感器的环境有更精确和最新的了解。然而，大多数物联网系统不允许集中式调度或显式协调，因为传感器需要非常简单并且消耗尽可能少的功率。在这种情况下，找到一种分散的政策来尽量减少第二责任区可能极具挑战性。本文提出了一种启发式优化AoII时隙ALOHA系统，从阈值为基础的政策，并使用双重方法收敛到一个更好的解决方案。这种方法可以显着优于状态独立的策略，找到一个有效的平衡之间的频繁更新和低数量的数据包冲突。
2023-01-26 cs.IT math.IT
Scheduling Status Updates to Minimize Age of Information with an Energy Harvesting Sensor
信息年龄是在监控应用程序和基于更新的系统中状态更新的新鲜度的度量。我们研究了一个实时遥感的情况下，传感器是受时变的能源约束和电池的限制。传感器通过数据包擦除通道发送更新，但不提供反馈。的问题，找到一个年龄最优的阈值政策，与传输阈值是一个功能的能量状态和估计的当前年龄，制定。分析了无记忆能量到达过程下单位电池的平均寿命。有些令人惊讶的是，对于任何有限的能量到达速率，存在正的传输年龄阈值，其对应于以低于能量到达速率所指示的速率的速率进行传输。一般电池尺寸的平均年龄的下限。
2017-02-05 cs.IT math.IT
Minimizing Functions of Age of Incorrect Information for Remote Estimation
本文针对远程估计问题，提出基于双机制吸收马尔可夫链和双机制相位型分布的方法，构建多阈值状态更新策略的离散时间半马尔可夫决策过程，以最小化错误信息年龄代价与传输代价的加权和，并通过数值验证其有效性。
2025-04-14 cs.IT math.IT
Minimizing Age of Incorrect Information for Unreliable Channel with Power Constraint
University of Maryland（马里兰大学）
本文研究在不可靠信道中通过功率约束最小化信息错误年龄的问题，提出基于阈值策略混合的优化方法，并通过实验验证其有效性。
2021-09-16 cs.IT math.IT
The Age of Information: Real-Time Status Updating by Multiple Sources
我们研究了多个独立的源，通过简单的队列向监视器提供状态更新。我们制定了一个时代的信息（AoI）的及时性指标，并得出一个普遍的结果，适用于各种各样的多源服务系统的AoI。对于先到先服务系统和两类具有泊松到达和指数服务时间的后到先服务系统，我们找到了多个更新源的可行平均状态年龄的区域。然后，我们使用这些结果来描述如何服务设施可以共享多个更新源。一个新的简化技术，用于评估有限状态连续时间离散系统的AoI也得自。基于随机混合系统，该方法使AoI评估的复杂性与寻找有限状态马尔可夫链的平稳分布相当。
2017-12-12 cs.IT math.IT
Age of Incorrect Information under Delay
本文研究了当通信信道具有随机时延时，最小化错误信息年龄的问题。我们考虑一个时隙时间系统，其中发射机观察一个动态源，并决定何时通过随机延迟的信道向远程接收机发送更新。接收器基于所接收的更新来维持对动态源的状态的估计。在本文中，我们采用AoII作为性能指标，并探讨优化发射机的行动，在每个时隙，以尽量减少AoII的问题。我们首先考虑使用马尔可夫决策过程（MDP）的问题的特征。然后，利用策略改进定理，并在一个易于验证的条件下，我们证明了发射机的最佳决策是发起传输时，信道空闲和AoII不为零。结果适用于一般的延迟分布。最后，我们验证了数值条件，并提供了数值结果，突出了最优策略的性能。
2023-01-18 cs.IT math.IT
Energy-Age Tradeoff in Status Update Communication Systems with Retransmission
信息量是一种新的通信系统性能指标，用于指示最近接收数据的新鲜度，在监控场景中有着广泛的应用。这些应用中的另一个重要性能指标是能耗，因为监视器或传感器通常是能量受限的。在本文中，我们研究的能量年龄权衡的状态更新系统中的数据传输从源到接收器可能会遇到失败，由于信道错误。由于状态感测过程消耗能量，当传输失败发生时，源可以对现有数据进行加密以节省用于感测的能量，或者感测并发送新的更新以最小化信息的年龄。基于阈值的重传策略被认为是每个更新被允许发送不超过M次。导出了封闭形式的平均信息年龄和能量消耗，并将其表示为信道故障概率和最大重传次数M的函数。数值模拟验证了我们的分析结果，并说明了平均信息年龄和能源消耗之间的权衡。
2018-08-06 cs.IT math.IT
Status Updates with Priorities: Lexicographic Optimality
在本文中，我们考虑的传输调度问题，其中多个流的状态更新数据包具有不同的优先级通过共享信道发送到他们的目的地。我们引入了一个概念的词典年龄最优，或简单的词汇年龄最优，多类状态更新策略的性能进行评估。特别地，lex-age-optimal调度策略首先最小化高优先级流的信息年龄（AoI）度量，然后在高优先级流的最优策略集合内，实现低优先级流的最小AoI度量。提出了一种新的调度策略PP-MAF-LGFS（Preemptive Priority，Maximum Age First，Last-Generated，First-Served），并证明了PP-MAF-LGFS调度策略是年龄最优的。这一结果适用于（i）最小化任何时间相关的，对称的，和非递减的年龄惩罚函数;（ii）最小化由年龄惩罚函数形成的随机过程的任何非递减泛函;和（iii）的情况下，不同的优先级类有不同的到达交通模式，年龄惩罚函数，和年龄惩罚泛函。例如，PP-MAF-LGFS调度策略是用于最小化高优先级流的平均峰值年龄和低优先级流的时间平均年龄的lex-age-optimal。数值结果来说明我们的理论研究结果。
2020-02-05 cs.IT math.IT
Analysis of Age of Incorrect Information under Generic Transmission Delay
University of Maryland（马里兰大学）
本文研究了在随机延迟下，通过阈值策略优化信息错误年龄的传输策略，并给出了闭式表达式和计算结果。
2023-02-27 cs.IT math.IT
The Age of Incorrect Information: an Enabler of Semantics-Empowered Communication
在本文中，我们介绍了不正确的信息时代（AoII）作为语义授权的通信，一个新倡导的通信范式围绕数据的作用和它的有用性的通信目标的使能者。首先，我们揭示了传统的通信模式，其角色盲的数据方法，是容易受到性能瓶颈。接下来，我们强调了几个建议的性能指标的缺点注定要处理传统的通信范式的局限性，即信息时代（AoI）和基于错误的度量。我们还展示了AoII如何解决这些缺点，并更有意义地捕捉数据的目的。之后，我们考虑的问题，最小化的平均AoII在一个发射机-接收机对的情况。我们证明了最优传输策略是一个随机阈值策略，我们提出了一个算法，找到最优参数。此外，我们提供了AoII框架和标准的基于错误的度量对应之间的理论比较。有趣的是，我们表明，AoII最优策略也是错误最优的信息源模型。同时，反过来也不一定正确。最后，我们实现我们的政策在各种应用程序中，我们展示了它的性能优势相比，误差最优和AoI最优的政策。
2022-10-11 cs.IT math.IT
Age of Incorrect Information With Hybrid ARQ Under a Resource Constraint for N-ary Symmetric Markov Sources
本文将资源约束与 HARQ 下 N 元对称 Markov 源的 AoII 优化建模为 CMDP，刻画从不传输或阈值策略随机混合的最优结构，并解析给出阈值与随机化参数。
2024-12-04 cs.IT math.IT
Age-Energy Trade-off in Status Update System with Wake-up Control
本文研究单源单服务器状态更新系统中，通过三种唤醒策略控制服务器睡眠，利用随机混合系统方法分析平均同步年龄与能耗的权衡关系。
2023-05-12 cs.IT math.IT
Optimal Status Update for Age of Information Minimization with an Energy Harvesting Source
在本文中，我们考虑了一种情况，其中能量收集传感器连续监视系统并将带时间戳的状态更新发送到目的地。目的地通过接收到的更新来跟踪系统状态。我们使用信息年龄（AoI）指标，即自上次收到更新生成以来所经过的时间，来衡量目的地可用状态信息的“新鲜度”。我们假设能量根据泊松过程随机到达传感器，并且每个状态更新消耗一个单位的能量。我们的目标是设计最佳的在线状态更新策略，以尽量减少长期平均AoI，在传感器的能量因果关系约束。我们考虑三种情况，即，电池尺寸分别是无限的、有限的和仅一个单元。对于无限电池的情况下，我们采用了尽力而为的统一状态更新策略，并表明它最大限度地减少了长期平均AoI。对于有限电池的情况下，我们采用了能量感知的自适应状态更新策略，并证明了它是渐近最优的，当电池的大小趋于无穷大。对于最后一种情况，其中电池大小为1，我们首先表明，在广泛定义的在线策略类别中，最优策略应该具有更新结构，即，状态更新时期形成更新过程，并且每个更新间隔的长度仅取决于该间隔上的第一能量到达。然后，我们专注于一个更新的时间间隔，并证明，如果在系统中的AoI低于阈值时，第一个能量到达，传感器应该存储的能量和保持状态更新，直到AoI达到阈值，否则，它立即更新状态。我们分析了这种基于阈值的政策下的长期平均AoI的特征，并明确确定了最佳阈值。
2018-06-05 cs.IT math.IT
Decision Making in Star Networks with Incorrect Beliefs
考虑星型网络中的贝叶斯二元决策问题，其中本地代理独立地做出自私的决策，而融合代理基于聚合决策和自己的私有信号做出最终决策。特别是，我们假设所有的代理人都有私人信仰的真实先验概率，基于此，他们执行贝叶斯决策。我们专注于融合代理的贝叶斯风险，并违反直觉地发现，不正确的信念可以实现更小的风险比，当代理知道真正的先验。这是独立的兴趣，社会技术系统设计的最佳信念的本地代理人类似于人类的概率重新加权模型，从累积前景理论。我们还考虑了最优信念的渐近特征和融合代理的风险在本地代理的数量。我们发现，融合代理的最佳风险收敛到零指数快速的本地代理的数量的增长。此外，在风险指数的意义下，具有相同的常数信念是渐近最优的。对于加性高斯噪声，最佳信念原来是一个简单的函数，只有错误成本和风险指数可以明确的特点。
2021-10-26 cs.IT eess.SP math.IT
Age-Optimal Power Control for Status Update Systems with Packet Based Transmissions
本文研究了状态更新系统中信息平均年龄（AoI）最小化问题，其中更新数据包以固定速率传输。假设信源通过在每个时隙中生成并发送新的状态更新分组来避免拥塞引起的延迟。假设发射功率可以根据接收到的连续NACK（否定应答）的数量进行调整，则考虑块衰落信道模型上的传输，推导出平均AoI的封闭形式表达式。提出了在平均功率约束下最小化平均迎角的优化问题，并给出了一种求解该问题的随机优化算法。数值结果表明，建议的功率控制策略，更多的功率是首选分配给分组后，一定数量的失败数据包在低功率制度和建议的功率控制降低了平均AoI相比，恒定功率的政策。另一种开关电源控制策略也被提出，并取得令人满意的性能。
2019-08-16 cs.IT math.IT
Beyond Age: Urgency of Information for Timeliness Guarantee in Status Update Systems
及时的状态更新对于涉及远程监控的未来应用至关重要，例如自动驾驶和工业物联网（IIoT）。信息年龄（AoI）已经被提出来测量状态更新的新鲜度。然而，它是无法捕捉关键的系统上下文信息，表明随时间变化的重要性的状态信息，和状态的动态演变。在本文中，我们提出了一个基于上下文的度量，即信息的紧迫性（UOI），来评估状态更新的及时性。与AoI相比，该度量同时考虑了时变上下文信息和动态状态演化，能够分析基于上下文的自适应状态更新方案，实现更有效的远程监控。研究了状态更新终端在更新频率约束下的平均UoI最小化问题，提出了一种基于更新索引的自适应策略。仿真结果表明，该方案以较低的计算复杂性获得了接近最优的性能。
2020-01-28 cs.IT cs.NI math.IT
When to pull data from sensors for minimum Distance-based Age of incorrect Information metric
本文针对远程状态估计问题，提出基于Whittle指数策略的调度方案，以最小化错误信息年龄（AoII），并通过数值结果验证其优于传统AoI度量。
2023-09-02 cs.IT math.IT
Preempting to Minimize Age of Incorrect Information under Transmission Delay
我们研究的问题，优化决策的抢占式发射机，以尽量减少年龄的不正确的信息（AoII）时，通信信道具有随机延迟。我们考虑一个时隙时间系统，发射机观察马尔可夫源，并根据系统状态做出决定。在每个时隙中，发射机决定当信道忙时是抢占还是跳过。当信道空闲时，发射机决定是否发送新的更新。远程接收器基于其接收到的更新来估计马尔可夫源的状态。我们考虑一个通用的传输延迟，并假设传输延迟是独立和相同的分布为每个更新。本文的目的是优化发射机的决定，在每个时隙，以最大限度地减少AoII与通用的时间惩罚函数。为此，我们首先使用马尔可夫决策过程制定的优化问题，并推导出预期的AoIIs实现两个规范的抢占政策的解析表达式。然后，我们证明了最优策略的存在性，并提供了一个可行的值迭代算法来逼近最优策略。然而，值迭代算法将是计算昂贵的，如果我们想在近似相当大的信心。因此，我们分析了系统在两个典型延迟分布下的特性，并利用策略改进定理从理论上得到了相应的最优策略。最后，数值结果来说明所带来的性能改善的抢占能力。
2023-02-20 cs.IT math.IT
Age-Oriented Opportunistic Relaying in Cooperative Status Update Systems with Stochastic Arrivals
本文研究了一个协作状态更新系统，其目标是在中继的帮助下尽可能及时地将随机生成的状态更新发送到指定的目的地。我们采用了最近提出的概念，信息时代（AoI），以表征状态更新的及时性。我们提出了一个面向年龄的机会中继（AoR）协议，以减少所考虑的系统的AoI。具体地，中继机会性地替换源以转发尚未正确递送到目的地的成功接收的状态更新，但是中继的重传可以被到达源的新状态更新抢占。通过仔细分析AoI的演变，我们推导出一个封闭形式的平均AoI的表达式，建议AoR协议。我们进一步最小化的平均AoI通过优化在源的状态更新的生成概率。仿真结果验证了我们的理论分析，并表明，所提出的AoR协议的平均AoI性能优于非合作系统。
2020-01-13 cs.IT cs.NI math.IT
Minimizing Age of Incorrect Information in the Presence of Timeout
我们考虑一个时隙时间系统的发射机和接收机对。在该系统中，发射机观察动态源，并通过通信信道将更新发送到远程接收机。我们假设信道是无差错的，但遭受随机延迟。此外，当更新已传输太久时，传输将立即终止，并且更新将被丢弃。我们假设最大传输时间是预先确定的，并且不受发射机控制。接收器将使用接收到的更新来维持对动态源的当前状态的估计。在本文中，我们采用的年龄不正确的信息（AoII）作为性能指标，并探讨优化发射机的行动，在每个时隙，以尽量减少AoII的问题。我们首先使用马尔可夫决策过程来描述优化问题，并评估一些规范的传输策略的性能。然后，通过利用政策改进定理，我们证明，在一个简单和易于验证的条件下，发射机的最佳策略是一个发起传输时，信道空闲和AoII不为零。最后，我们以传输时间为几何分布的情况为例。对于这个例子，我们验证了数值条件，并提供了数值结果，突出了最优策略的性能。
2023-01-18 cs.IT math.IT
Version Innovation Age and Age of Incorrect Version for Monitoring Markovian Sources
该研究针对不可靠信道下两状态马尔可夫过程实时监测，提出VIA和AoIV两种新性能指标，推导多策略下的闭式表达式，求解带约束的平均VIA最小化问题，并明确各策略的最优适用条件。
2024-01-31 cs.IT cs.NI cs.SY
Age of Information: The Gamma Awakening
我们考虑一个场景，其中一个监视器有兴趣被更新的状态，一些系统是不能直接访问这个监视器。然而，我们假设源节点可以访问状态，并且可以通过通信系统将状态更新作为数据包发送到监视器。我们还假设状态更新是随机生成的泊松过程。源节点可以管理分组传输以最小化目的地节点处的信息的年龄，该年龄被定义为自从在源处生成最后一次成功传输的更新以来所经过的时间。我们使用排队理论来模拟的源-目的地链路，我们假设成功地发送一个数据包的时间是一个伽玛分布的服务时间。我们考虑两个数据包管理方案：LCFS（后来先服务）抢占和LCFS没有抢占。在这些假设下，我们计算并分析了信息的平均年龄和平均峰值年龄。此外，我们扩展这些结果的情况下，服务时间是确定的。
2016-04-05 cs.IT math.IT
A Dynamic Jamming Game for Real-Time Status Updates
我们研究了在对抗环境中实时的【形】系统的及时状态更新。系统对物理过程进行采样，并从源（例如，传感器）通过信道传送到目的地（例如，控制中心）。对于实时的【形】监测/控制任务，系统“及时”更新物理过程的状态是至关重要的。我们通过在源处生成目标处的最新更新以来所经过的时间来度量状态更新的及时性，并将所经过的时间定义为信息的年龄，或简称为年龄。为了破坏系统，攻击者的目标是通过干扰信道来最大化年龄，从而导致状态更新的延迟。该系统旨在通过明智地选择何时采样和发送更新来最小化年龄。我们将攻击者和系统之间持续的重复交互建模为动态博弈。在每个阶段博弈中，攻击者根据干扰时间分布选择干扰时间，系统根据采样策略延迟采样进行响应。我们证明了在博弈中存在唯一的平稳均衡，并提供了一个完整的分析刻画的均衡。我们的研究结果揭示了攻击者如何破坏系统以及系统应该如何防御攻击者。
2018-03-09 cs.IT math.IT
On The Age Of Information In Status Update Systems With Packet Management
我们考虑一个通信系统，其中状态更新到达源节点，并应通过网络传输到预期的目的地节点。状态更新是被观察的随机过程的样本，作为数据包传输，其中还包含时间戳以识别样本何时生成。目的节点可用信息的年龄是自上次接收到的更新生成以来经过的时间。在本文中，我们使用排队论的源-目的地链路模型，我们假设成功地将数据包传输到目的地所需的时间是一个指数分布的服务时间。我们分析的情况下，源节点有能力管理到达的样本，可能丢弃数据包，以避免浪费网络资源与陈旧的信息传输的信息的年龄。除了表征平均年龄，我们提出了一个新的指标，称为峰值年龄，它提供了有关年龄的最大值，实现之前立即收到更新的信息。
2015-06-29 cs.IT cs.NI math.IT
Joint Design of Sampler and Compressor for Timely Status Updates: Age-Distortion Tradeoff
本文研究及时状态更新的联合采样与压缩系统，提出联合设计采样器、量化器和编码器以在满足MSE失真约束下最小化AoI，并证明零等待采样、均匀量化与实值AoI最优编码策略的组合渐近最优，且AoI与对数MSE失真呈斜率为-3/4的渐近线性关系。
2023-11-27 cs.IT math.IT
Age of Information under Source-Aware Truncated ARQ in Multi-Source Wireless Status Updating
本文研究了多源无线物联网状态更新系统中截断自动重传请求协议下的信息时效性，提出了一种源感知截断ARQ方案，通过差异化最大传输次数优化信息年龄分布和能耗。
2026-04-25 cs.IT math.IT
Sleep, Sense or Transmit: Energy-Age Tradeoff for Status Update with Two-Thresholds Optimal Policy
信息量（AoI），或简称年龄，衡量数据的新鲜度，对于实时物联网（IoT）应用至关重要。另一方面，许多能源受限的物联网设备迫切需要节能。本文研究了在易出错信道上从传感器到监视器的状态更新的能量-年龄权衡问题。传感器可以休眠、感测和发送新的更新，或者通过考虑感测能量和发送能量来休眠。一个无限时域的平均成本问题被制定为一个马尔可夫决策过程（MDP）的目标是最小化的平均AoI和平均能耗的加权和。通过求解相关的折扣费用问题和分析最优策略下的马尔可夫链，证明了存在一个只有两个阈值的阈值最优平稳策略，即，一个阈值关于发射机处的AoI（AoIT），另一个阈值关于接收机处的AoI（AoIR）。此外，这两个阈值可以通过线搜索有效地找到。数值结果显示了最优策略的性能以及不同参数下的折衷曲线。与传统策略的比较表明，考虑感知能量对策略设计有重要影响，睡眠方式的引入大大扩展了策略的折衷范围。
2021-08-13 cs.IT math.IT
Timeliness in Lossless Block Coding
我们研究无损数据压缩从平均延迟的角度来看。编码器每单位时间从i.i.d.接收一个输入符号。源，并将二进制码字提交给FIFO缓冲器，FIFO缓冲器以固定速率将比特传输到接收器/解码器。编码器处的每个输入符号被源视为状态更新，并且系统性能由状态更新年龄表征，状态更新年龄被定义为解码器输出滞后于编码器输入的时间单位（符号）的数量。平均状态年龄的上界是从具有延迟的流信源编码中的错误概率的指数界导出的。除了描述误差收敛的误差指数的影响外，该上界还与误差概率中的常数乘子项成比例。然而，错误指数不会导致一个准确的描述状态年龄为小延迟和小块长度。通过将流信源编码系统转化为D/G/1排队系统，提出了一种基于平均年龄近似的年龄最优分组编码方案。我们比较这个方案的错误指数最佳编码方案，使用的方法类型。我们表明，最大化的错误指数是不等于最小化的平均状态年龄。
2018-02-26 cs.IT math.IT
Multi-source Scheduling and Resource Allocation for Age-of-Semantic-Importance Optimization in Status Update Systems
针对现有语义通信研究少兼顾可靠性与时效性、传统年龄方法未考虑语义重要性的问题，提出语义重要性年龄（AoSI）指标，设计基于DQN的AoSI感知联合调度与资源分配算法，以最小化平均AoSI，实现及时可靠的语义通信。
2024-03-12 cs.IT math.IT
Can Decentralized Status Update Achieve Universally Near-Optimal Age-of-Information in Wireless Multiaccess Channels?
在物联网系统中，状态数据是从传感器和执行器收集的，用于时间关键型应用，数据的新鲜度至关重要，可以通过最近提出的信息年龄（AoI）度量来量化。在本文中，我们首先考虑一个一般的情况下，多个终端共享一个公共信道发送或接收随机生成的状态数据包。最小化AoI的最优调度问题被表述为一个不安分的多臂强盗问题。为了有效地解决这个问题，我们推导出惠特尔指数的封闭形式，并建立其索引。与现有的工作相比，我们扩展了索引策略的AoI优化，将随机数据包到达和最佳的数据包管理（缓冲最新的数据包）。受具有接近最优性能但本质上是集中式的索引策略的启发，提出了一种分散的状态更新方案，索引优先的随机接入策略（IPRA），进一步提出，实现普遍接近最优的AoI性能，并优于文献中的现有技术。
2018-03-22 cs.IT cs.NI math.IT
Closed-Form Analysis of Non-Linear Age-of-Information in Status Updates with an Energy Harvesting Transmitter
及时的状态更新对于在大规模物联网（IoT）中启用应用至关重要。考虑到信息产生、传输和能量收集过程的随机性，对具有能量收集发送器的状态更新系统的数据新鲜性进行了度量。性能由信息年龄（AoI）的非线性函数来评估，AoI被定义为自从在接收器处生成最新状态信息以来所经过的时间。该系统被配制成两个队列的状态包产生和能量到达都假定为泊松过程。在服务时间可忽略的情况下，考虑了任意缓冲区和电池容量的先来先服务（FCFS）和后来先服务（LCFS）规则，提出了一种利用非线性罚函数计算平均罚函数的方法.给出了平均AoI、指数罚函数下的平均罚函数以及AoI的阈值违反概率的封闭形式。当服务时间服从指数分布时，采用矩阵几何方法求出平均峰值AoI。结果表明，FCFS规则下，状态更新频率需要仔细选择，根据服务速率和能量到达率，以最小化的平均惩罚。
2019-06-01 cs.IT cs.NI math.IT
Age of Information in Multi-source Updating Systems Powered by Energy Harvesting
本文考虑了一个多源实时更新系统，其中一个能量收集（EH）供电的发射机节点有多个源产生关于几个物理过程的状态更新。然后，状态更新被发送到目的地节点，其中每个状态更新的新鲜度根据信息年龄（AoI）来测量。假设每个源和收获的能量包的状态更新根据独立的泊松过程到达发射机，并且假设每个状态更新的服务时间是指数分布的。与大多数现有的聚焦于表征其平均值时，发射机具有可靠的能量源，因此不是由EH（以下称为非EH发射机）AoI的分析，我们的分析是专注于了解AoI在多源系统中的分布特性，通过其矩生成函数（MGF）的表征。特别是，我们使用的随机混合系统（SHS）的框架来推导出封闭形式的表达式的平均/MGF的AoI下的几个优先级的纪律在发射机，包括非抢占式和源不可知/源感知抢占服务策略。我们的结果的一般性证明恢复几个现有的结果作为特殊情况。
2021-09-15 cs.IT math.IT
Status Updates in a multi-stream M/G/1/1 preemptive queue
我们考虑一个源，它收集了大量的更新流，并通过网络将它们发送到监视器。但是，系统中一次只能有一个更新。因此，当生成新的更新时，发送器总是抢占正在服务的分组。我们考虑泊松到达每个流和一个共同的一般服务时间，并称之为多流M/G/1/1排队与抢占。使用迂回流图方法，我们计算每个流的平均年龄和平均峰值年龄的封闭形式的表达式。此外，我们推断，虽然所有的流被平等地对待从传输的角度来看（他们都抢占对方），一个仍然可以从年龄的角度来看，通过简单地增加其生成速率的流的优先级。然而，这将增加当所有流具有相同更新速率时最小化的年龄的总和。
2018-06-05 cs.IT math.IT
State Amplification and Masking While Timely Updating
在状态更新系统中，状态更新过程所携带的多个特征要求追求超越由更新信息的年龄测量的及时性的目标。我们考虑这样一个问题，发射机发送状态更新消息，通过一个无噪声的二进制能量收集信道，相当于一个定时信道。发射机的目的是放大或屏蔽更新过程中携带的能量状态信息。接收机提取编码信息，推断能量状态序列，同时保持状态更新的及时性。因此，更新的定时必须被设计为控制消息速率、能量状态不确定性和信息的年龄。我们调查这三种方式之间的权衡可实现的速率，减少能量到达状态的不确定性，和年龄的信息，零和无限电池的情况下。
2022-02-23 cs.IT math.IT
Overage and Staleness Metrics for Status Update Systems
状态更新系统由传感器组成，这些传感器测量物理参数并将其传输到远程接收器。信息时代（AoI）已经被广泛地研究作为在具有和不具有强制的硬或软截止日期的这样的系统中的信息的新鲜度的度量。在本文中，我们提出了三个指标的状态更新系统来衡量不同的排队系统的能力，以满足一个阈值要求的AoI。{ \em过度老化概率}被定义为接收器所保持的最近更新分组的老化大于阈值的概率。{ \em陈旧更新概率}是更新陈旧的概率，即，它的年龄已经超过了最后期限，当它被交付给接收器时。最后，{ \em平均过量}定义为过量的时间平均值（即，超过阈值的年龄），并且是由接收器保持的更新分组的平均“陈旧性”的度量。我们在三个典型的状态更新排队系统-- M/G/1/1，M/G/1/ $2^*$和M/M/1中研究了这些度量。数值结果表明，这些指标的性能在不同的参数设置和不同的服务分布。还显示了平均过量投料和平均AoI之间的差异。我们的研究结果表明，存在一个下界的陈旧更新概率时，缓冲区大小是有限的。此外，我们观察到，随着更新到达率的增加，超龄概率降低，陈旧更新概率增加。
2021-10-09 cs.IT math.IT
Minimizing Age of Information with Generate at Will Status Updates and Age-Agnostic Cyclic Scheduling
针对多源单服务器GAW状态更新系统的加权和AoI最小化问题，研究年龄无关循环调度，提出解析方法计算平均AoI，给出两源闭式最优解，并提出IS算法构建多源传输模式，性能优于现有方案。
2024-08-14 cs.IT cs.NI math.IT
It Is Rude to Ask a Sensor Its Age-of-Information: Status Updates Against an Eavesdropping Node
针对存在窃听者的周期性状态更新场景，提出结合Bergson社会福利框架的度量指标，求解最优状态更新生成速率，实现接收机与窃听者信息年龄的权衡，拓展信息年龄框架的安全应用。
2023-06-14 cs.CR cs.IT math.IT
Age and Value of Information: Non-linear Age Case
我们考虑了一个由源-目的网络组成的实时状态更新系统。在源处观察随机过程，并且在随机时间实例处提取样本（所谓的状态更新），并将其递送到目的地。在本文中，我们扩大了信息老化的概念，通过引入更新延迟成本（CoUD）度量来表征在目的地有陈旧信息的成本。我们引入更新信息值（VoIU）度量，该度量在接收到更新时捕获CoUD的减少。VoIU度量的重要性在于它的易处理性，这使得平均CoUD最小化。
2017-01-24 cs.IT math.IT
Minimizing Age of Incorrect Information over a Channel with Random Delay
University of Maryland（马里兰大学）
本文研究了在随机延迟信道中通过阈值策略最小化错误信息年龄的问题，提出了可计算的相对值迭代算法，并证明了最优策略为阈值τ=1。
2023-02-20 cs.IT math.IT
Age of Information Guaranteed Scheduling for Asynchronous Status Updates in Collaborative Perception
针对协作感知系统的异步状态更新场景，提出SCPA算法在满足信息年龄约束下最小化所需信道数，其信道需求仅比推导下界高12%。
2023-10-07 cs.IT eess.SP math.IT
Relative Age of Information: A New Metric for Status Update Systems
在本文中，我们引入了一个新的数据新鲜度的度量，相对年龄的信息（rAoI），并在一个单一的服务器系统中，各种数据包管理方案。（经典的）AoI度量被引入来测量接收端的状态更新相对于源端的状态更新的过时程度。该度量解决了源处的更新生成的定时是绝对的并且可以单独地或与传输调度联合地设计的系统。在许多分散式应用中，传输调度对更新生成定时是盲目的，并且发送器只能在更新分组到达之后才能知道更新分组的定时。因此，更新在新更新到达后变得陈旧。rAoI度量测量接收器处的数据相对于发射器处的数据的新鲜程度。它引入了一个特别明确的依赖于到达过程中的年龄评估。我们调查了几个排队纪律，并提供了封闭形式的表达rAoI和数值比较。
2019-07-01 cs.IT cs.NI 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
Age-Optimal Low-Power Status Update over Time-Correlated Fading Channel
在本文中，我们考虑传输调度的状态更新系统中，更新周期性地产生和传输的Gilbert-Elliott衰落信道。目标是在平均能量约束下最小化目的地的长期平均信息年龄（AoI）。我们考虑两种实际情况来获得信道状态信息（CSI）：（i）\emph{without channel sensing}和（ii）\emph{with delayed channel sensing}。对于情况（i），当在传输之后在发射机处接收到ACK/NACK时，信道状态被揭示，但是当没有传输发生时，信道状态不被揭示。因此，我们必须设计方案，平衡能源，AoI，渠道探索和渠道开发之间的权衡。该问题被制定为一个受约束的部分可观测马尔可夫决策过程问题（POMDP）。为了降低算法的复杂性，我们表明，最佳的政策是一个随机的混合不超过两个固定的确定性政策，其中每个是一个阈值类型的信念在信道上。对于情况（ii），（延迟的）CSI经由信道感测在发射机处可用。在这种情况下，权衡只在AoI和能量消耗之间，并且问题被公式化为受约束的MDP。最优策略被示出为具有与情况（i）中类似的结构，但是具有AoI相关联的阈值。最后，所提出的结构感知算法的性能进行了数值评估，并与贪婪的政策。
2021-01-31 cs.IT math.IT
The Cost of Delay in Status Updates and their Value: Non-linear Ageing
我们考虑一个状态更新通信系统的源-目的地链路。在源处观察到随机过程，其中在随机时间实例处提取样本，并将其传递到目的地，从而为源提供状态更新。在本文中，我们扩大了信息老化的概念，通过引入更新延迟（CoUD）度量的成本来表征在目的地有陈旧的信息的成本。CoUD捕获目的地信息的新鲜度，并可用于反映源的信息结构。此外，我们引入了更新信息（VoIU）度量的值，该度量在接收到更新时捕获CoUD的减少。使用CoUD，其副产品度量称为更新延迟的峰值成本（PCoUD），和VoIU，我们评估的性能的M/M/1系统在各种设置，考虑精确的表达式和界限。我们的研究结果表明，CoUD的性能不同，这取决于每个时间单位分配的成本，但最优策略保持不变的线性老化和非线性老化。当涉及到VoIU时，只有当成本随时间非线性增加时，才会出现性能差异。这项研究说明了新引入的年龄变量的重要性，进一步支持VoIU的情况下，其易处理性。
2019-09-06 cs.IT cs.NI math.IT
Scalable Cyclic Schedulers for Age of Information Optimization in Large-Scale Status Update Systems
研究具有异构服务时间和丢包概率的GAW多源状态更新系统的循环调度问题，提出可扩展至数千信息源且在线实现复杂度低的调度器，有效最小化系统AoI/PAoI。
2024-01-10 cs.IT cs.NI cs.PF
Age of Information Minimization for an Energy Harvesting Source with Updating Erasures: With and Without Feedback
考虑一个能量收集（EH）传感器，它连续监控系统并向目的地发送带时间戳的状态更新。传感器从自然界中获取能量，并将其用于为其更新操作提供动力。目的地通过成功接收的更新来跟踪系统状态。随着最近推出的信息新鲜度度量“年龄的信息”（AoI），我们的目标是设计最佳的在线状态更新策略，以尽量减少长期平均AoI在目的地，在传感器的能量因果关系约束。由于传感器和目的地之间的噪声信道，每个传输的更新可能以固定的概率被擦除，并且只有当成功接收到更新时，目的地处的AoI才会被重置为零。我们首先考虑状态更新没有反馈提供给传感器，并表明最佳努力统一更新（BU）的政策是最优的。然后，我们研究了状态更新与完美的反馈到传感器，并证明了最佳努力的均匀更新与重传（BUR）政策的最优性。为了证明所提出的政策的最优性，对于每种情况下，我们首先确定一个下界的长期平均AoI之间的广泛的在线政策类，然后构建一个序列的虚拟政策渐近接近下界。由于这些虚拟策略是原始策略的次优策略，因此原始策略是最优策略。
2019-05-10 cs.IT math.IT
On Age of Information for Discrete Time Status Updating System With Ber/G/1/1 Queues
在本文中，我们考虑的信息年龄（AoI）的离散时间状态更新系统，重点是寻找平稳AoI分布假设使用Ber/G/1/1队列。根据标准的排队论，通过调用一个同时跟踪系统中的AoI和数据包年龄的二维状态向量，分析所构成的二维随机过程的稳态，可以得到稳态AoI分布。给出了AoI分布的一般公式，并计算了服务时间也服从几何分布时的显式表达式。比较了离散型和连续型两种情况下的服务质量指数，给出了M/M/1/1排队系统的离散型服务质量指数和连续型服务质量指数的平均值。虽然一些连续时间单服务器系统的稳态AoI分布以前已经确定，在本文中，我们将证明，标准的排队论仍然适用于分析离散AoI，这是甚至比建议的方法处理连续AoI更强大。
2021-09-01 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Status Updates under Eavesdropping: Age of Information-based Physical Layer Security Metrics
这封信研究的问题，保持信息的新鲜度下被动窃听攻击。经典的三节点窃听信道模型被认为是，其中的源的目的是发送其最新的状态无线到其预期的目的地，同时保护消息被窃听者偷听。考虑到传统的基于信道容量的保密性度量已不足以度量状态更新系统中的信息及时性，本文定义了两种新的基于信息的保密性度量来表征系统的保密性能。我们进一步提出，分析和优化的随机平稳传输策略，在源实现进一步提高保密性能。仿真结果验证了我们的分析和优化。
2020-02-18 cs.CR cs.IT cs.NI
On the Age of Information of Short-Packet Communications with Packet Management
在本文中，我们考虑一个点对点的无线通信系统。源监视物理过程并根据泊松过程生成状态更新包。通过使用有限块长度编码来更新状态（例如，温度、速度、位置）。在某些应用中，例如实时监控和跟踪，状态更新的及时性是至关重要的，因为用户对过程的最新状况感兴趣。状态更新的及时性可以通过最近提出的称为信息年龄（AoI）的度量来反映。我们专注于所考虑的系统的数据包管理策略。具体而言，抢占和丢弃状态更新对于降低AoI是重要的。例如，当生成新的状态更新时，传输陈旧的状态更新是没有意义的。我们提出了三种在源和目的地之间传输的分组管理方案，即非抢占（NP），抢占（PR）和重传（RT）方案。我们推导出封闭形式的表达式的平均AoI建议的三个计划。基于推导出的平均AoI的解析表达式，我们进一步通过优化每个状态更新的数据包块长度来最小化平均AoI。仿真结果验证了我们的理论分析，这进一步表明，所提出的方案可以优于对方为不同的系统设置，所提出的方案大大优于现有的没有分组管理在中高生成速率。
2019-08-19 cs.IT eess.SP math.IT
On Age and Value of Information in Status Update Systems
受到在许多网络物理应用中出现的分组的固有价值的激励（例如，由于信息内容或警报消息的精确性），我们考虑具有携带值的更新分组以及它们的生成时间戳的状态更新系统。一旦生成，状态更新数据包就具有随机初始值和确定性截止日期，在该截止日期之后，状态更新数据包就没有用了（最终失效）。在我们的模型中，数据包的价值随着时间的推移而减少（即使在接收之后），从它的生成开始到它消失时的最终陈旧。在接收机处的信息值（VoI）是相加的，因为VoI是由接收机保持的所有分组的当前值的总和。我们调查各种排队纪律下潜在的依赖值和服务时间之间的关系，并提供封闭形式的表达式平均VoI在接收器。数值结果说明了不同情况下的平均VoI以及平均信息年龄（AoI）和平均VoI之间的对比。
2020-03-31 cs.IT cs.SY eess.SY
Optimal Sampling and Scheduling for Timely Status Updates in Multi-source Networks
我们考虑了一个联合采样和调度问题，优化多源系统中的数据新鲜度。数据新鲜度由非递减惩罚函数\emph{age of information}测量，其中所有源具有相同的年龄惩罚函数。源节点轮流产生更新数据包，并通过共享信道以随机延迟将更新数据包逐个转发到目的节点。有一个调度器，它选择源的更新顺序，和一个采样器，它确定源何时应该生成一个新的数据包。我们的目标是找到最佳的采样器-采样器对，使总平均年龄惩罚在交付时间（Ta-APD）和总平均年龄惩罚（Ta-AP）最小化。我们证明了最大年龄优先（MAF）调度器和零等待采样器是联合最优的最小化的TA-APD。同时，MAF调度器和具有降低复杂度的相对值迭代（RVI-RC）采样器对于最小化Ta-AP是联合最优的。RVI-RC采样器是基于相对值迭代算法，其复杂性通过利用最佳采样器中的阈值特性来降低。最后，通过对贝尔曼方程的近似分析，设计了一种低复杂度的阈值型采样器。这种阈值型采样器减少到一个简单的注水采样器的线性年龄惩罚函数。
2020-11-04 cs.IT 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
